新的研究工具解决了致命的蚊媒疾病

对于大多数生活在加拿大的人来说，蚊子只不过是夏季的滋扰，在小屋的夜晚和篝火旁的夜晚侵入。但对于全世界数百万人来说，特别是在全球南方，他们是一个严重且可能致命的威胁。

根据世界卫生组织2017年的一份报告，疟疾、登革热和基孔肯雅热等蚊子传播疾病每年影响约347.8亿人，每年造成近450，000人死亡，使这种昆虫成为世界上最危险的动物之一。

然而，尽管随着气候变化推动全球气温升高，预计蚊子的破坏性影响会变得更糟，但对蚊子的研究落后于果蝇等其他模式生物-部分原因是缺乏适当的工具和资源。

KathrynRozen-Gagnon正试图改变这种状况。

她最近加入了Temerty医学院的分子遗传学系，担任助理教授。她的实验室将研究蚊媒病毒与其蚊子和人类宿主之间的关系。具体来说，她专注于寨卡、登革热和基孔肯雅热等病毒，这些病毒以RNA为遗传物质。

“令我着迷的是，你有一种病毒，它含有非常小的单链RNA，编码大约10个基因，然而，通过这个最小的系统，它可以导航非常非常不同的宿主物种，”Rozen-Gagnon说，他也是新兴和大流行感染联盟(EPIC)的成员，这是该大学的几个机构战略计划之一。

Rozen-Gagnon的方法整合了计算生物学，昆虫免疫学，RNA生物学和病毒学等多个领域，以剖析这些病毒如何通过与宿主的RNA和免疫系统相互作用而成功。作为洛克菲勒大学诺贝尔奖获得者查尔斯·赖斯实验室的博士后研究员和研究助理，她开发了尖端方法，以更好地了解蚊子免疫系统对病毒感染的反应。

她创建的工具之一是一个名为CLIPflexR的通用软件包，可以帮助研究人员发现蛋白质的RNA靶标。它通过提供更具可重复性和简化的数据分析方法来改进现有软件。更重要的是，CLIPflexR可以灵活地处理来自任何生物体的基因组数据集，包括像蚊子这样的生物体，其中基因组不如更常用研究的物种的基因组完整或表征良好。

使用这个新的软件包，Rozen-Gagnon绘制了称为Argonaute蛋白的RNA结合蛋白家族的RNA靶标，这些蛋白在蚊子的抗病毒防御中起着至关重要的作用。蚊子依靠一种称为RNA干扰的系统来保护自己免受病毒感染。一种特定的Argonaute蛋白通过靶向和破坏病毒RNA来促进这一点，从而减少病毒复制。

“重要的是，病毒可以在蚊子中保持高水平而不会对蚊子造成太大伤害，因为它需要蚊子继续叮咬人，”Rozen-Gagnon说。“一些科学家认为，这种基于RNA的免疫反应通过将病毒保持在不会对蚊子产生负面影响的水平来实现病毒的持久性，但仍有足够的病毒传播给人类。

通过提供Argonaute蛋白靶向哪些RNA的快照，她的工作为蚊子的免疫系统如何维持这种微妙的平衡提供了新的见解。

为了进一步扩展蚊子研究的工具箱，Rozen-Gagnon开发了首个针对蚊子细胞优化的CRISPR基因编辑系统。新工具允许科学家使用实验室中生长的蚊子细胞进行大型遗传研究，以了解不同基因的功能。在发表在《科学报告》上的一项原理验证研究中，她和她的同事表明，蚊子优化的CRISPR系统是高效且多功能的。此外，由于该系统使用称为质粒的DNA组分，这些成分购买便宜且易于制造和修饰，因此它比依赖昂贵的纯化蛋白质的版本更具成本效益。

“这是一个非常棒的工具，可以让我们问，哪些蚊子基因对病毒复制很重要?”Rozen-Gagnon说。“我们无法以公正的方式使用CRISPR等更新的基因编辑技术来做到这一点。

“这也使谁可以做这类研究民主化。提供像这样的廉价方法可以让来自世界许多不同地区的实验室以有意义的方式为该领域做出贡献，我认为这非常重要。

这两种工具都将在她的实验室工作中发挥核心作用，因为她将继续深入研究蚊子免疫的内部运作以及病毒感染与人类和蚊子细胞中称为microRNA的特定类型的RNA之间的相互作用。

Rozen-Gagnon的研究将通过进入振兴的多伦多高遏制设施中的昆虫来进一步实现。特别设计的空间将使她能够以安全可靠的方式用登革热和基孔肯雅热等病毒感染蚊子，并在实验室培养的蚊子细胞和活昆虫中进行补充研究。