血吸虫消化酶系和能量代谢途径的寄生适应性进化与防治靶标的发掘

Compared with free-living organisms, parasites have undergone much adaptive evolution in many aspects, especially in their nutrition,digestion and energy metabolism. Therefore, by comparing parasites with free-living organisms, espcially with their free-living relatives, the parasitic adaptive evolution phenomena can be more easily found. Schistosome and free-living planaria are relatively closed relatives diverged from a common ancestor due to different life styles. In this project, based on the genome and proteome databases of these two kinds of organisms and by experiments, we are going to identify and reconstruct their digestive enzymes and energy metabolic pathways, and further comprehansively compare them between these two kinds of organisms to reveal the adaptive evolution occurred on schistosome in the genes, protein (enzyme) molecules and the entire pathways of these aspects,including the mechanisms and rules of this evolution. On the other hand, because these gene/molecules (enzymes) with adaptive evolution have key roles to the successful parasitism of schistosome, thus we also evalue these gene/molecules to see whether they can be candidate targets for developing drugs or vaccines against this parasite.

寄生虫相对于自由生活的生物在许多方面需发生适应其寄生生活方式的适应性进化。这在其营养吸收消化和能量代谢等方面表现尤为突出。因此通过寄生虫与自由生活的物种（特别是与其近缘种）的比较，则能较明确发现这些适应性进化现象。血吸虫与营自由生活的涡虫是由共同的扁形动物祖先因适应不同生活方式而分化形成的目前已知的相对近缘的两类生物。本项目拟基于二者的基因组、蛋白质组等数据库并结合实验对它们的消化酶系和能量代谢途径进行全面鉴定、重建和系统的比较分析研究，旨在揭示血吸虫在这些方面的基因、蛋白乃至整个途径上所发生的适应性进化现象及其发生的机制和规律。同时，由于发生了适应性进化的基因/分子/途径对血吸虫成功的寄生生活十分关键，因而还拟根据分子靶标的原则标准，对这些发生了适应性进化的基因/分子（如代谢的酶）是否可作为防治血吸虫的有效靶标进行初步鉴定，为研发高效、特异的防治血吸虫病的新药物、疫苗提供线索和数据基础。

近些年来，血吸虫病在我国有重新抬头的趋势。在掌握国际国内有关领域的最新研究进展，以及我们在有害生物防治靶标发掘领域的研究积累的基础上，全面展开血吸虫与涡虫在能量代谢（包括糖酵解、有氧分解，氧化呼吸链等途径）和营养代谢（包括组织蛋白酶系和膜磷脂水解酶系）这两方面的比较研究，旨在发现血吸虫在这些代谢方面的寄生适应性进化，从而从一个新视角发掘防治血吸虫病的靶标。主要结果和结论有：1）在入侵宿主方面，血吸虫特有的invadolysin，以及金属蛋白酶M08家族扩增的新成员，与已报道的弹性蛋白酶一道参与降解宿主皮肤，有利于入侵过程；2）血吸虫在专一性消化宿主的血红蛋白方面的适应性改变尤为显著，包括组织蛋白酶D中部分氨基酸受到显著的进化正选择，进化出特有的半胱氨酸酶Legumain，组织蛋白酶B除了发生大量复制，酶序列特征（活性位点）也发生了改变，这些变化应该提高了消化血红蛋白的效率；3）能量代谢途径关键酶（如ENO、TIM）的基因及酶结构，在血吸虫与涡虫之间产生了差异，可能与血吸虫营寄生生活方式相关联；4）发掘出包括invadolysin分子、Legumain分子，组织蛋白酶D的C-末端延伸，以及组织蛋白酶B特异性Cys位点在内的多个具潜在应用价值的新的靶标分子或靶位点，具有重要的应用前景。该项研究已发表论文3篇，其中SCI研究论文1篇；还有参加学术会议论文2篇；另有2篇SCI研究论文正在投稿中。还有1项专利在整理申请中。培养博士研究生1名，硕士研究生2名；1人由研究实习员晋升为助理研究员。完成人员技术培训2人次。项目主要承担者陈兵和邵静茹分别获得相关“国家自然科学基金青年基金项目”资助。后续工作还有望会产生系列重要成果。