巴西猴疟原虫（Plasmodium simium）参考基因组揭示人兽共患传播机制与宿主适应性进化

《Scientific Reports》：Novel zoonotic cases of Plasmodium simium from S?o Paulo with a reference genome of the Brazilian strain

为解决人兽共患疟疾（如巴西猴疟原虫Plasmodium simium）因基因组资源匮乏导致的诊断与传播机制不明问题，本研究通过牛津纳米孔（ONT）与Illumina混合测序技术，构建了高质量P. simium参考基因组（Ps_SaoPaulo，21.8 Mb）。研究揭示了其与P. vivax的基因组差异（如线粒体SNP、RBP2a/DBP基因缺失）及宿主适应性特征，并通过群体遗传学分析发现P. simium低遗传多样性支持“人→猴”反向人兽共患假说。该基因组为猴疟监测、疫苗靶点筛选及跨物种传播机制研究提供了关键资源。

　　

在热带雨林的树冠间，吼猴（Alouatta guariba）的啼声回荡，而它们体内潜伏着一种与人类健康息息相关的寄生虫——巴西猴疟原虫（Plasmodium simium）。2015年至2016年，巴西大西洋沿岸的圣保罗和里约热内卢爆发了一系列神秘疟疾病例，患者并非通过常见的蚊媒传播感染，而是因接触森林中的非人灵长类（Non-Human Primates, NHPs）而患病。这类人兽共患疟疾因病原体与人类疟原虫（如P. vivax）高度相似，常被误诊，成为公共卫生监测的“盲区”。更棘手的是，猴疟原虫如何适应不同宿主、其基因组是否存在独特标记以区分于人疟原虫，至今缺乏系统解析。

为破解这一难题，伦敦卫生与热带医学院的Emilia Manko等研究人员在《Scientific Reports》发表了题为“Novel zoonotic cases of Plasmodium simium from Sao Paulo with a reference genome of the Brazilian strain”的研究。他们利用牛津纳米孔长读长和Illumina短读长测序技术，首次构建了高质量的P. simium参考基因组（命名为Ps_SaoPaulo），并通过对巴西地区38份样本的群体基因组分析，揭示了该病原体的进化轨迹与宿主适应性特征。

关键技术方法

研究团队从圣保罗地区2013–2020年采集的12份P. simium临床样本（经伦理审批且获患者知情同意）中提取DNA，通过选择性全基因组扩增（SWGA）富集寄生虫DNA后，采用ONT和Illumina双平台测序。通过混合组装、支架构建和缺口填补，生成包含14条核染色体、线粒体序列及90条辅助contig的参考基因组（21.8 Mb）。群体分析涵盖354份南美洲P. vivax及38份P. simium样本，利用GATK呼叫SNP，通过iHS/XP-EHH检测正向选择，并利用DELLY识别结构变异。

研究结果

1. 新P. simium序列数据与参考基因组

Ps_SaoPaulo基因组大小为21.8 Mb，虽比P. vivax PvP01参考基因组（28.9 Mb）短，但 scaffold N50达1.94 Mb，注释基因4,849个，GC含量为45.1%。线粒体基因组分析发现除已知的2个P. simium特异性SNP（4133 T>C、4467 A>G）外，还有5个南美洲P. vivax共有的新SNP。

2. 与P. vivax基因组及既往P. simium组装对比

Ps_SaoPaulo与既往短读长组装（GCA_913736665）相比，完整性和连续性显著提升。共线性分析显示，98.1%的核苷酸位点与P. vivax一致，但亚端粒区覆盖不足导致染色体长度差异。蛋白编码基因中，94.0%与P. vivax直系同源，但RBP2a和DBP基因存在大片段缺失，提示这些红细胞入侵相关基因可能参与宿主适应性。

3. 疟原虫物种间比较分析

Jaccard相似性指数表明P. simium与P. vivax蛋白序列高度保守（相似度0.99）。在134个与宿主入侵、耐药性相关的基因中，85%存在直系同源蛋白。疫苗候选基因（如msp3.1、msp3.2、CSP）及入侵相关基因（MAEBL、CTRP）均检测到小片段 indel，进一步支持宿主适应性演化。

4. 南美洲P. vivax背景下的新P. simium分离株

群体结构分析显示，巴西P. simium独立成簇，与当地P. vivax明显分化。P. simium整体核苷酸多样性（π）显著低于巴西P. vivax（P=2.2×10^?16），且人源分离株多样性最低，支持“人→猴”反向人兽共患传播假说。

5. P. vivax耐药候选基因直系同源突变

在P. simium中鉴定到DHFR N117S（81.6%）、DHPS G383A（89.5%）等耐药相关突变，但多数经典耐药标记（如Kelch13突变）缺失。MDR1基因发现3个P. simium特异性突变（T723S、H681R、L18M），可能反映当地药物压力差异。

6. 群体分离株中已知与新结构变异

共发现242个结构变异（195个缺失、28个倒位等），其中114个为P. simium特有。DBP基因缺失在P. simium中比P. vivax长99个氨基酸（出现频率34%），RBP2a缺失为P. simium独有（频率63%）。

7. 正选择下的基因组区域

通过iHS和XP-EHH分析，在P. simium中鉴定到38个正选择信号，涉及ATP4、LISP1等基因。与南美洲P. vivax对比发现19个独有位点（如MND1），提示宿主切换可能驱动适应性进化。

8. 人源与非人灵长类源P. simium分离株对比

F_ST分析发现24个高分化变异（F_ST>0.85），其中18个为吼猴源独有，如SMC2（染色体组织）、CEP76（中心体蛋白）等基因突变，可能参与宿主特异性适应。

结论与讨论

本研究提供的P. simium高质量参考基因组填补了人兽共患疟原虫基因组资源的空白。基因组比较与群体分析表明，P. simium可能源于近期（500年内）P. vivax从人向吼猴的宿主切换，其低遗传多样性、红细胞入侵基因（如RBP2a、DBP）缺失及正选择信号共同揭示了宿主适应性机制。尽管样本量有限，但研究首次系统鉴定了P. simium特异性标记（如线粒体SNP、结构变异），为开发特异性诊断工具、监测跨物种传播风险提供了分子基础。未来需扩大样本规模，尤其加强亚端粒区解析，并借助P. knowlesi等可培养模型进行功能验证，以全面揭示猴疟原虫的生态与进化动力学。