摘 要:动物寄生虫的分子生物学研究始于20世纪90年代中期,虽然起步较晚,但进展极快。近10年来,研究广度已涉及所有重要的寄生原虫,并已扩展到了具有重要公共卫生意义的部分寄生蠕虫,研究深度已进入寄生虫的基因序列测定分析、分类比对鉴定、诊断方法的建立和免疫学研究领域,建立了近50种寄生虫的cDNA文库。我国鸡球虫、旋毛虫等虫种的分子生物学研究达到和接近世界先进水平。这些研究成果和技术水平,已为动物寄生虫病的研究和防控工作展示了新的前景。
关键词:分子生物学; 动物寄生虫学;相互关系
2004年11月,中国畜牧兽医学会家畜寄生虫学分会在广西桂林召开了第五次代表大会暨第八次学术研讨会。会议交流和收录到2002年以来有代表性的重要论文和论文摘要共计247篇(全文84篇,摘要163篇)。其中,应用先进的分子生物学、免疫学和生物化学等现代科学技术,在寄生虫病原基因学和分类学,新型诊断方法的研究探讨和建立,基因功能分析研究和免疫制剂研制等方面的论文和论文摘要就达127篇(全文48篇,摘要79篇),占论文总数的51.4%[1]。这过半数的论文及论文所显示的学术水平,表明我国在动物寄生虫学和寄生虫病学的研究上,已初步完成了从传统寄生虫学向寄生虫分子生物学研究阶段的过渡,极大的拓展了寄生虫学的研究领域,充分开拓和展示了分子生物学新技术、新方法在寄生虫分类学和寄生虫病诊断及防控上的重要作用和地位。本文就会议的相关论文结合分子生物学的发展情况综述如下。
1 分子生物学发展史的简要回顾
分子生物学是在细胞生物学、生物化学、遗传学和微生物学等学科基础上发展起来的一门进展极快的新兴学科。大体分为3个发展阶段:20世纪50年代前,处于细胞染色体水平的基因遗传学研究阶段;之后,进入DNA大分子水平的基因分子生物学研究阶段;70年代后,DNA的重组和DNA测序技术的发展日趋完善,使分子生物学进入了一个全新的阶段,基本形成了系统的现代分子生物学的理论和实用操作技术体系。其中,最重要的技术发明和技术方法表现为如下几点:
1972年Paul Berg在体外建立了DNA的重组技术,奠定了基因工程的基础。
1973年,Boyer H等首次用质粒克隆DNA,并发现和建立了多种克隆载体;1974年首次实现了异源真核基因在大肠埃希菌中的表达,随之逐步建立了在多种微生物、动物和植物体内的真核表达系统和原核表达系统。
1985年Mulli K等发现可用大肠埃希菌大片段聚合酶在体外扩增单拷贝的哺乳动物基因,完成了体外生物的化学合成基因技术,使DNA片段以2n倍增,奠定了PCR的技术基础。由此建立了许多PCR新技术,如RT-PCR、DD-PCR技术等。可扩增和显示来源于多种细胞或组织的mRNA的cDNA等。1996年又建立了代表性差异分析(RDA)方法,应用于基因差别表达的分析。
20世纪90年代后期,为适应大规模、高通量的基因表达分析,区别不同组织、不同细胞、不同阶段和不同状态下基因表达上的差异,新建立的技术有表达序列标签法(EsTs )技术(吴乃虎,1998),微点阵基因芯片(micro array)技术(贺林等,2000),基因表达系列分析(SAGE)技术(王彩虹等,2001)和cDNA微点阵(Schena等,1995)等检测试剂盒或探针。
1977年Sanger F等发明了双脱氧法测定DNA序列,Maxam A M和Gilbert W也于同年建立了化学修饰法测定DNA。1986年Ansorge W的首台自动DNA测序仪投入使用。1998年《全基因组鸟枪法(whole genomeshotgun)》作为成熟技术实际应用,至2001年,完成了人类基因组和模式生物基因组的DNA测序计划。
分子生物学领域的这些新技术和新方法,在兽医学的病原、诊断、免疫和疫病监测控制等方面都得到了较广泛的应用,取得了一些成果,从一个侧面为分子生物学技术方法的完善和发展作出了积极贡献。
2 分子生物学在动物寄生虫学研究上的应用和成果
2.1 动物寄生虫的分子生物学研究历史概况和主要成果
动物寄生虫及其引发疫病的防治,是预防兽医学领域的重要组成部分。除寄生原虫为单细胞结构、生物学特性较单纯外,其余寄生虫病原体较大,结构较为复杂,在分子水平对其进行生物学研究,比病毒、细菌和原生动物要复杂和困难得多。对寄生虫进行分子生物学的研究大多起步于20世纪90年代中后期,但由于有许多成熟的分子生物学研究技术和方法可供借鉴,所以,寄生虫的分子生物学研究虽然起步较晚,但研究的起点一般都较高,研究进展也较快[2]。
2002年前,国内已对重要的动物和人畜共患寄生虫病原体,如血吸虫、肝片吸虫、猪带绦虫、棘球绦虫、弓形虫、隐孢子虫、球虫、旋毛虫等,利用基因组计划的细菌人工染色体、酵母人工染色体技术,以及芯片技术、聚类分析技术、表达序列标签技术、荧光原位杂交技术、体内选择技术和同线性分析技术等,对病原寄生虫的核酸、蛋白组成和结构进行了研究,对大部分所研究的寄生虫种构建了某发育阶段或系统发育阶段的cDNA数据库,对部分虫种构建了遗传图、物理图、序列图和基因图。同时,利用PCR及其相关的PCR/RELP、PCR-RAPD、PCR-TRF、PCR-核酸杂交技术、PCR/ISH等技术方法,对部分寄生虫进行了分类鉴定,并对其重要功能基因进行克隆和筛选,已成为诊断和研究寄生虫病的重要手段。同期,国际上对血吸虫基因组的研究较多,也取得了较大的进展。
1998年12月,完成了蠕虫代表种秀丽线虫的基因组测序,为世界最早完成的真核多细胞生物基因组全序列测定。为各种寄生虫利用基因组测序的现代分类学和物种鉴定创造了模式条件。
在分子免疫学方面,Kohler(德国)和Milstein(英国)在1975年成功获得单克隆抗体(McAb)后,现已报告的动物用McAb已有数百种,几乎包罗了流行严重的动物传染病和寄生虫病。在世纪之交,已研制成功了一批重要疫病快速而准确的McAb试剂盒,投入了临床和检测使用。为这些疫病的诊断方法和免疫预防技术展现了可期望的前景。
意大利的Ferrcio R,在细胞因子的研究中发现“热休克蛋白(HSP)”,经对其结构和功能的研究,发现HSP在诱导免疫应答,参与寄生虫分化,抵御寄生虫感染方面有明显作用。国外已对锥虫、利什曼原虫、疟原虫、血吸虫等重要寄生虫的HSP展开了研究。
利用基因重组技术,已研制成功牛巴贝斯虫苗和疟原虫苗,现已发展到基因核酸疫苗的研制。目前,已报道的人用和兽用寄生虫核酸疫苗的实验室研究有疟原虫、血吸虫和利什曼原虫等[3]。