疟原虫基因转染的研究进展(2)
作者：佚名； 更新时间：2014-12-13
率提高到5%-10%[4、24～26]。疟原虫转染时外源基因必须依次通过宿主红细胞膜、含虫空泡膜、疟原虫自己的细胞膜和虫体细胞核膜，因此，与其他真核细胞的基因转染相比，疟原虫的基因转染效率必然要低得多。
2.4 转染子的鉴定
转染后必须鉴定出阳性转染子才可对特定基因的功能进行相应的各项检测。附加体型转染子可通过PCR、Southern杂交和质粒回收实验，具特异性位点整合的DNA可通过PCR和Southern杂交得以鉴定。此外，整合型转染子也可以用脉冲场凝胶电泳法分离疟原虫的14条染色体后的染色体分析来鉴定。质粒回收也可确认整合的发生及恢复基因组中整合位点的侧翼序列[9]。
3 疟原虫基因转染的应用
3.1 基因表达调控
如前所述，短暂转染多用于基因表达调控的研究。Crabb和Cowman[12]以CAT作为报告基因，逐渐删除其5’侧翼序列，对PfCAM、PfDHFR-TSR和PfDHFR-TSR的启动子进行分析，确定了维持高转录活性的最小区域和含有重要启动子成分的小序列，为以后质粒载体的构建提供了必要的条件。
有人以虫荧光素酶为报告基因对P.g动合子表面蛋白pgs28的5’非编码区进行分析时发现，随着序列的缩短，蛋白的期特异性表达转为非期特异的连续表达，表明被删除部位含有期特异性表达元件[24]。最近，Dechering等[27]又对P.f有性期特异性基因pfs16和pfs25的启动子进行了分析，并发现了一种与其启动子相作用的反式作用因子蛋白。这是首次对P.f的基因调控过程做细致的研究。
3.2 基因功能研究
疟原虫转染技术在基因功能研究方面的应用主要是基因敲除[5、28]。其原理是：利用活细胞基因组DNA可与外源性DNA同源序列重组的性质，对预先选择的目的基因进行定点修饰以达到改变基因组某一特定基因的目的。
在基因敲除研究中，最为引人注目的是对环子孢子蛋白(circumsporozoite protein,CSP)[29]、血小板反应素/血小板凝血酶敏感蛋白相关未名蛋白(thrombospondin related anonymous protein , TRAP)[30]和结节相关富组氨酸蛋白(knob associated histidine rich protein, KAHRP)[31]的敲除，通过敲除发现了这些蛋白出乎预料的功能。例如，敲除KAHRP后，P.f失去形成结节的能力，恶性疟原虫红细胞膜蛋白1（Plasmodium falciparum erythrocyte membrane protein 1, PfEMP1）的定位也有改变，表明KAHRP在结节的形成、PfEMP1的组织及细胞粘附中具有重要地位。
3.3 药物研究
特异性药物靶蛋白的过表达是药物抗性机制中比较普遍的一种，转基因表达可在实验条件下模拟重组虫体中药物靶蛋白的过表达，并分析其过表达的可能机制。也可用表达性载体构建疟原虫的cDNA文库后转入疟原虫，然后以药物从中筛选相应的药物抗性虫株，再通过质粒回收从该虫株分离出可能的抗药基因[9]。
敲除虫体内某一可能的药物靶蛋白基因，观察该蛋白在生活史中的作用，如果其作用必不可少，则可将该蛋白的抑制剂作为抗该虫的药物进行开发[28、32]。
3.4 疫苗研究
早期研究表明，减毒活虫疫苗可诱发机体有效的抗体免疫反应，但由于其有致病的可能性而不能作为疫苗。可利用基因转染敲除与疟原虫致病有关的某些基因，同时保留与疟原虫增殖能力和免疫原性有关的基因，从而保证了减毒活虫疫苗的安全性，为发展减毒活虫疫苗提供了一个新的方法。利用该方法制成的利什曼原虫减毒活虫疫苗安全性好，且可诱导完全的保护性免疫[33]。此外，疟原虫转基因技术对各种侯选疫苗抗原进行细致的分析必然促进疟疾疫苗的研制。
3.5 细胞生物学研究
疟原虫分泌性蛋白的转运、裂殖子入侵、重症疟疾中的细胞粘附、疟原虫与宿主之间的关系、var基因的变异以及不同发育期rRNA基因转换的调节等细胞生物学都可用基因转染技术来研究。有人将GFP基因与烟草花叶病毒（tobacco mosaic virus，TMV）的移动蛋白(movement protein，MP)基因融合来跟踪MP在亚细胞间的移动，监测MP分子与宿主蛋白的关系，分离与之相互作用的成分[34]。同样，可将GFP与疟原虫某分泌性蛋白基因融合，转染疟原虫以GFP作为可读性标记观察该蛋白的转运过程。
4 存在的问题
疟原虫的基因转染是新近发展起来的一项新技术，已应用于很多方面的研究，但仍有一些问题需要寻找解决的办法。
基因敲除可为基因功能研究提供重要的信息，但这种信息只是“全或无”的。对于双倍体哺乳类细胞的重要基因来说，在敲除后尚可通过对其胚胎的研究得到很多信息，但对于在生活史大部分阶段均为单倍体的疟原虫而言，具重要功能的基因敲除后将导致虫体死亡而无法研究。如被敲除基因的功能可以被其他基因所替代，则会影响对该基因确切功能的阐述。另外，对于多拷贝基因的完全敲除非常困难。
疟原虫转染技术最重要的应用就是基因敲除，但由于上述缺点迫切需要建立可诱导性转基因系统。目前认为四环素抑制子（tetracycline repressor,TetR）系统是最符合逻辑和最有前途的诱导性系统，该系统已在寄生原虫锥虫[35]和阿米巴[36]成功建立。其原理是调节基因表达的TetR与四环素抗性操纵子的调控序列结合，使RNA聚合酶不能与启动子结合，抑制下游结构基因的表达，当不同浓度的诱导物（四环素或其类似物）存在时，可不同程度地与TetR结合，使结合有四环素的TetR不能与调控序列结合，从而不同程度的开启结构基因的表达。
此外，疟原虫基因转染的效率有待于进一步提高。
参考文献
[1]Gardner MJ, Tettelin h, Carucci DJ, et al. Chromosome 2 sequence of the human malaria parasite plasmodium falciparum. Science, 1998,282(5391):1126～1132.
[2]Holt DC, Bourke PF, mayo M, et al.A high resolution map of chromosome 9 of Plasmodium falciparum. mol Biochem Parasitol, 1998,97(1-2):229～233.
[3]Bowman S, Lawson D, basham D, et al. The complete nucleotide sequence of chromosome 3 of Plasmodium falciparum. Nature, 1999,400(6744):532～538.
[4]Craig AG,Waters AP,Ridley rG.Malaria genome project task force: a post-genomic agenda for functional analysis. Parasitology Today,1999,15(6):211～214.
[5]Sinden RE.Malaria transfection: a new tool to study molecular function. Parasitology Today,1998,14(3):88～90.
[6]Hinnen A,Hicks JB, fink GR. Transformation of yeast. Proc Natl Acad Sci USA,1978,75(4):1929～1933.
[7]Goonewardence R,Daily J, Kaslow D,et al.Transfection of the malaria parasite and expression of firefly luciferase.Proc Natl Acad sci USA,1993,90(11): 5234～5236.
[8]Wu Y,Sifri CD,Lei hH,et al.Transfection of plasmodium falciparum within human red blood cells. proc Natl Acad Sci USA, 1995,92(4):973～977.
[9]Waters AP, Thomas AW, van Dijk MR,et al. Transfection of malaria parasites. Methods,1997,13(2):134～147.
[10]Wu Y, Kirkman LA, Wellems TE. transformation of Plasmodium falciparum malaria parasites by homologous integration of plasmids that confer resistance to pyrimethamine. Proc Natl Acad sci U S A, 1996,93(3):1130～1134.
[11]van Dijk MR,Waters aP,Janse CJ.Stable transfection of malaria parasite blood stages.Science,1995,268(5215):1358～
1362.
[12]Crabb BS, Cowman AF Characterization of promoters and stable transfection by homologous and nonhomologous
2.4 转染子的鉴定
转染后必须鉴定出阳性转染子才可对特定基因的功能进行相应的各项检测。附加体型转染子可通过PCR、Southern杂交和质粒回收实验，具特异性位点整合的DNA可通过PCR和Southern杂交得以鉴定。此外，整合型转染子也可以用脉冲场凝胶电泳法分离疟原虫的14条染色体后的染色体分析来鉴定。质粒回收也可确认整合的发生及恢复基因组中整合位点的侧翼序列[9]。
3 疟原虫基因转染的应用
3.1 基因表达调控
如前所述，短暂转染多用于基因表达调控的研究。Crabb和Cowman[12]以CAT作为报告基因，逐渐删除其5’侧翼序列，对PfCAM、PfDHFR-TSR和PfDHFR-TSR的启动子进行分析，确定了维持高转录活性的最小区域和含有重要启动子成分的小序列，为以后质粒载体的构建提供了必要的条件。
有人以虫荧光素酶为报告基因对P.g动合子表面蛋白pgs28的5’非编码区进行分析时发现，随着序列的缩短，蛋白的期特异性表达转为非期特异的连续表达，表明被删除部位含有期特异性表达元件[24]。最近，Dechering等[27]又对P.f有性期特异性基因pfs16和pfs25的启动子进行了分析，并发现了一种与其启动子相作用的反式作用因子蛋白。这是首次对P.f的基因调控过程做细致的研究。
3.2 基因功能研究
疟原虫转染技术在基因功能研究方面的应用主要是基因敲除[5、28]。其原理是：利用活细胞基因组DNA可与外源性DNA同源序列重组的性质，对预先选择的目的基因进行定点修饰以达到改变基因组某一特定基因的目的。
在基因敲除研究中，最为引人注目的是对环子孢子蛋白(circumsporozoite protein,CSP)[29]、血小板反应素/血小板凝血酶敏感蛋白相关未名蛋白(thrombospondin related anonymous protein , TRAP)[30]和结节相关富组氨酸蛋白(knob associated histidine rich protein, KAHRP)[31]的敲除，通过敲除发现了这些蛋白出乎预料的功能。例如，敲除KAHRP后，P.f失去形成结节的能力，恶性疟原虫红细胞膜蛋白1（Plasmodium falciparum erythrocyte membrane protein 1, PfEMP1）的定位也有改变，表明KAHRP在结节的形成、PfEMP1的组织及细胞粘附中具有重要地位。
3.3 药物研究
特异性药物靶蛋白的过表达是药物抗性机制中比较普遍的一种，转基因表达可在实验条件下模拟重组虫体中药物靶蛋白的过表达，并分析其过表达的可能机制。也可用表达性载体构建疟原虫的cDNA文库后转入疟原虫，然后以药物从中筛选相应的药物抗性虫株，再通过质粒回收从该虫株分离出可能的抗药基因[9]。
敲除虫体内某一可能的药物靶蛋白基因，观察该蛋白在生活史中的作用，如果其作用必不可少，则可将该蛋白的抑制剂作为抗该虫的药物进行开发[28、32]。
3.4 疫苗研究
早期研究表明，减毒活虫疫苗可诱发机体有效的抗体免疫反应，但由于其有致病的可能性而不能作为疫苗。可利用基因转染敲除与疟原虫致病有关的某些基因，同时保留与疟原虫增殖能力和免疫原性有关的基因，从而保证了减毒活虫疫苗的安全性，为发展减毒活虫疫苗提供了一个新的方法。利用该方法制成的利什曼原虫减毒活虫疫苗安全性好，且可诱导完全的保护性免疫[33]。此外，疟原虫转基因技术对各种侯选疫苗抗原进行细致的分析必然促进疟疾疫苗的研制。
3.5 细胞生物学研究
疟原虫分泌性蛋白的转运、裂殖子入侵、重症疟疾中的细胞粘附、疟原虫与宿主之间的关系、var基因的变异以及不同发育期rRNA基因转换的调节等细胞生物学都可用基因转染技术来研究。有人将GFP基因与烟草花叶病毒（tobacco mosaic virus，TMV）的移动蛋白(movement protein，MP)基因融合来跟踪MP在亚细胞间的移动，监测MP分子与宿主蛋白的关系，分离与之相互作用的成分[34]。同样，可将GFP与疟原虫某分泌性蛋白基因融合，转染疟原虫以GFP作为可读性标记观察该蛋白的转运过程。
4 存在的问题
疟原虫的基因转染是新近发展起来的一项新技术，已应用于很多方面的研究，但仍有一些问题需要寻找解决的办法。
基因敲除可为基因功能研究提供重要的信息，但这种信息只是“全或无”的。对于双倍体哺乳类细胞的重要基因来说，在敲除后尚可通过对其胚胎的研究得到很多信息，但对于在生活史大部分阶段均为单倍体的疟原虫而言，具重要功能的基因敲除后将导致虫体死亡而无法研究。如被敲除基因的功能可以被其他基因所替代，则会影响对该基因确切功能的阐述。另外，对于多拷贝基因的完全敲除非常困难。
疟原虫转染技术最重要的应用就是基因敲除，但由于上述缺点迫切需要建立可诱导性转基因系统。目前认为四环素抑制子（tetracycline repressor,TetR）系统是最符合逻辑和最有前途的诱导性系统，该系统已在寄生原虫锥虫[35]和阿米巴[36]成功建立。其原理是调节基因表达的TetR与四环素抗性操纵子的调控序列结合，使RNA聚合酶不能与启动子结合，抑制下游结构基因的表达，当不同浓度的诱导物（四环素或其类似物）存在时，可不同程度地与TetR结合，使结合有四环素的TetR不能与调控序列结合，从而不同程度的开启结构基因的表达。
此外，疟原虫基因转染的效率有待于进一步提高。
参考文献
[1]Gardner MJ, Tettelin h, Carucci DJ, et al. Chromosome 2 sequence of the human malaria parasite plasmodium falciparum. Science, 1998,282(5391):1126～1132.
[2]Holt DC, Bourke PF, mayo M, et al.A high resolution map of chromosome 9 of Plasmodium falciparum. mol Biochem Parasitol, 1998,97(1-2):229～233.
[3]Bowman S, Lawson D, basham D, et al. The complete nucleotide sequence of chromosome 3 of Plasmodium falciparum. Nature, 1999,400(6744):532～538.
[4]Craig AG,Waters AP,Ridley rG.Malaria genome project task force: a post-genomic agenda for functional analysis. Parasitology Today,1999,15(6):211～214.
[5]Sinden RE.Malaria transfection: a new tool to study molecular function. Parasitology Today,1998,14(3):88～90.
[6]Hinnen A,Hicks JB, fink GR. Transformation of yeast. Proc Natl Acad Sci USA,1978,75(4):1929～1933.
[7]Goonewardence R,Daily J, Kaslow D,et al.Transfection of the malaria parasite and expression of firefly luciferase.Proc Natl Acad sci USA,1993,90(11): 5234～5236.
[8]Wu Y,Sifri CD,Lei hH,et al.Transfection of plasmodium falciparum within human red blood cells. proc Natl Acad Sci USA, 1995,92(4):973～977.
[9]Waters AP, Thomas AW, van Dijk MR,et al. Transfection of malaria parasites. Methods,1997,13(2):134～147.
[10]Wu Y, Kirkman LA, Wellems TE. transformation of Plasmodium falciparum malaria parasites by homologous integration of plasmids that confer resistance to pyrimethamine. Proc Natl Acad sci U S A, 1996,93(3):1130～1134.
[11]van Dijk MR,Waters aP,Janse CJ.Stable transfection of malaria parasite blood stages.Science,1995,268(5215):1358～
1362.
[12]Crabb BS, Cowman AF Characterization of promoters and stable transfection by homologous and nonhomologous
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