打开保护非洲最古老的动物瘟疫

一个国际研究小组使用一种新的组合的方法发现了两个基因可能至关重要的数百万的农民的生活和生计的采采蝇fly-plagued大片非洲美国的大小。今天团队的研究结果发表在美国国家科学院院刊(PNAS)

研究,旨在发现从一个单细胞生物密钥保护锥体虫寄生虫导致人民和非洲昏睡病牛的消耗性疾病,汇集了一系列高科技工具和野外观察解决一个关键的苦难的一些世界上最贫穷的人。

增加了监测和控制、昏睡病感染下降了十倍的人在过去的13年,从1998年的每年估计有300000例30000 2009年,与疾病最终超过一半的感染者死亡。虽然最出名的导致人类昏睡病,锥体虫寄生虫最毁灭性的打击人类福利以动物的形式出现,与患病、非生产性牛混合农畜烟农和牲畜牧民巨大损失和机会。的年度经济影响“那加那病”,在非洲的一个共同的名字对的形式的疾病,影响牛(正式称为非洲动物锥虫病),据估计在4 - 5个十亿美元。

在巨大的采采蝇非洲带,从西海岸塞内加尔延伸至坦桑尼亚在东海岸,和从乍得北部到津巴布韦在南方,这种疾病每年使数以百万计的牛太弱耕地或拉负荷,病怏怏的人给牛奶或繁殖,最后杀死大部分的感染。这意味着非洲大部分地区,拖拉机和商业肥料稀缺和昂贵,牛在很大程度上是无法耕作和施肥农田或为家庭生产牛奶和肉类。采采蝇和疾病传播因此负责数以百万计的农民不得不到农田用手而不是畜力犁。

”在本研究这两个基因的发现可以为牛育种者提供一个方法来识别最好的抵抗疾病的动物当锥体虫寄生虫感染,传染给动物和人类的感染的采采蝇的叮咬,”资深作者史蒂夫·坎普说,遗传学家在联合任命内罗毕国际畜牧研究所(ILRI)和利物浦大学。

抗病性的遗传研究是由科学家ILRI在非洲和英国大学的利物浦,曼彻斯特和爱丁堡和涉及其他机构的研究人员在英国,爱尔兰和韩国。

研究人员利用这一事实而驼背的牛的品种特征非洲大部分地区易受致病锥体虫的寄生虫,西非一个无肩峰品种,称为N 'Dama,不是严重受到疾病的影响。被驯养在非洲大约8000多年前,这种最古老的非洲品种已经进化出抗药性寄生虫。这使得N 'Dama重视动物在非洲流行的地区。另一方面,N 'Dama牛往往较小,产生更少的牛奶,和比他们的更大、更温顺的驼背的表亲。

非洲农学家各类希望看到N 'Dama固有的抗病性转移到其他更有成效的品种,但这是困难的不精确知识的抗病基因N 'Dama。发现这些基因的“圣杯”一群国际牲畜遗传学家二十多年,但遗传和其他生物通路控制牛抗病性是复杂的,被证明是难以确定。

美国国家科学院院刊因此一件具有里程碑意义的研究在这个领域。国际和inter-institutional团队取得如此大的突破是通过结合一系列基因的方法,直到现在很大程度上被单独使用。

“这可能是第一个例子的科学家结合不同的方法得到的非常复杂的遗传学特征,”坎普说。“相结合,数据就像维恩图覆盖不同的证据。这是我们感兴趣的重叠。”

他们用这些基因的方法来区分差异“trypano-tolerant”)(无肩峰N 'Dama,来自西非,和“trypano-susceptible”(驼背的)Boran牛,来自肯尼亚在东非。科学家们首次发现其基因组的广泛区域控制不同反应锥体虫感染寄生虫,但这是不足以确定特定基因控制抵抗疾病。因此,科学家们开始从其他方法获得的信息,添加层。他们从这些地区寻找差异基因测序序列之间的两个品种。

团队在爱丁堡进行了基因表达分析研究任何差异基因活动组织的两套牛品种后实验动物的品种都感染了寄生虫。然后,ILRI组选定的基因在实验室中进行测试。最后,他们看着牛种群的基因来自非洲。

分析庞大数据集创建在这个研究提出重要的计算挑战。安迪黄铜和他的团队在曼彻斯特大学的计算机科学学院设法捕获、整合和分析高度复杂的生物数据集通过工作流软件叫做“酒馆”,它是作为英国项目的一部分开发的,曼彻斯特计算机科学家卡罗尔Goble和她的“myGrid”团队。

“酒馆工作流我们开发了能够快速、准确地分析大量的生物数据,“黄铜说。”酒馆的基础设施使我们能够开发系统分析管道我们分析和快速发展需要新的数据到这个项目中。我们分享这些工作流,这样他们就可以被其他研究人员重新看不同的疾病模型。这个突破演示了计算机科学的现实利益和如何解决问题花费很多生命使用先锋项目系统。”

支持这些发现,人口从ILRI和都柏林大学的遗传学家研究了牛的基因序列,以了解不同品种的历史。他们的证据证实ILRI-Liverpool-Manchester组发现的两个基因可能进化响应锥体虫寄生虫的存在。

“我们相信N 'Dama不生病的原因当锥体虫感染寄生虫是这些动物,与他人不同的是,进化控制感染的方法没有安装一个失控的免疫反应,最终破坏他们,”主要作者哈里·诺伊斯说,利物浦大学的。“许多人类感染引发类似的自我毁灭的免疫反应,和我们的观察可能指向的方法减少这种损害的人以及牲畜。”

坎普说,本文除了推进我们的理解的级联的基因让非洲的N 'Dama牛抗动物锥虫病、重申维护的重要性,许多非洲的土著动物品种(以及植物/作物品种)。锥体虫寄生虫的N 'Dama抗病性遗传特征的一个例子,虽然没有完全理解,显然是至关重要的,欧洲大陆的未来的粮食安全。但N 'Dama的继续存在,就像其他本地“利基”非洲畜牧品种,仍受到威胁。

这个新知识的基因控制抗锥虫病的N 'Dama,饲养者可以屏幕非洲牛识别动物水平相对较高的抗病性而且合并抗病性的遗传标记与标记其他重要特征,如高生产率和抗旱,提高育种程序一般。

如果进一步研究证实了这些基因在抗病的意义,传统育种程序可以开发一个小育种群抗病牛在10 - 15年,未来几十年可以用来填充非洲不同地区与动物最适合这些地区。利用基因工程技术来实现相同的抗病育种群,一种方法仍处于早期,也许可以在四到五年,坎普说。再一次,这将是几十年之前,这样的抗病动物可以得到大多数小农和牧民在欧洲大陆。

“我们开始的时候,”坎普说。