阴道毛滴虫基因组比较分析揭示鸟类向人类传播的关键基因

研究人员针对阴道毛滴虫(Trichomonas vaginalis)这一全球性传播疾病病原体的起源与进化机制展开研究。通过比较7种毛滴虫属物种的染色体级别基因组，发现人类感染谱系存在近期基因组扩张现象，主要由转座子(TEs)和多拷贝基因家族扩增驱动。研究揭示了鸟类向人类宿主转移过程中基因功能趋同进化特征，鉴定出与宿主组织粘附、吞噬作用等致病表型相关的关键基因，为理解寄生虫跨物种传播机制提供了新视角。

　　

阴道毛滴虫(Trichomonas vaginalis)是导致全球最常见的非病毒性传播疾病——滴虫病的病原体，每年影响数亿人的生殖健康。这种单细胞寄生虫不仅引起生殖道炎症，还与HIV-1感染风险增加、妊娠并发症以及生殖系统癌症密切相关。令人惊讶的是，这种人类专性寄生虫的近亲却主要感染鸟类，特别是鸽形目(Columbiformes)鸟类。这种跨物种分布的背后隐藏着怎样的进化故事？寄生虫如何从鸟类的消化道"跳槽"到人类的生殖道？这些问题的答案对于理解病原体跨物种传播机制至关重要。

纽约大学基因组与系统生物学中心(New York University Center for Genomics and Systems Biology)的研究团队在《Nature Communications》发表了一项突破性研究。他们通过比较7种毛滴虫属寄生虫的基因组，包括首次完成染色体级别组装的T. vaginalis G3株及其鸟类近亲T. stableri，揭示了这种寄生虫从鸟类到人类的跨物种传播过程中的基因组进化特征。研究发现人类感染谱系经历了近期基因组扩张，主要由转座子(TEs)尤其是Maverick类DNA转座子(TvMavs)的爆发式扩增驱动，同时鉴定出与宿主适应相关的关键基因家族。

研究人员采用PacBio长读长测序结合Hi-C染色体构象捕获技术构建染色体级别基因组，使用OrthoFinder进行直系同源基因分析，通过RELAX和aBRASEL模型检测选择压力，并应用CAFE5分析基因家族扩张/收缩动态。样本包括T. vaginalis人类临床分离株和多种鸟类来源的毛滴虫属物种。

基因组结构与转座子注释
新组装的T. vaginalis基因组包含6条染色体(20-40 Mb)，总长177 Mb，注释出37,794个蛋白质编码基因。转座子占基因组46%，其中4,700多个Maverick转座子(TvMavs)贡献了80%的TE序列。这些巨型转座子(10-28 Kb)被分为三类，其中新发现的Class 3具有独特的基因组成和排列方式。

人类感染谱系的基因组扩张
比较基因组显示人类感染物种(T. vaginalis、T. tenax和P. hominis)的基因组(104.9-184.2 Mb)显著大于鸟类感染物种(68.9-81.0 Mb)。这种差异主要源于重复序列含量(人类感染种51%-69% vs 鸟类感染种21%-37%)，特别是TE的扩增。T. vaginalis与其鸟类近亲T. stableri的共线性区域中，TE占比从后者的9.78%猛增至47.3%。

选择压力与遗传漂变
通过分析6,226个单拷贝直系同源基因，发现人类感染分支更多基因经历选择放松(894 vs 494个)。保守基因也呈现类似趋势，支持基因组扩张主要源于有效群体规模减小导致的遗传漂变，而非宿主环境适应的假说。

基因家族扩张与功能趋同
T. vaginalis表现出140个显著扩张的基因家族，涉及跨膜转运、代谢和翻译等功能。与人类感染相关的T. tenax共享33个扩张家族，包括与宿主粘附、微囊泡相关的基因。特别值得注意的是BspA-like粘附蛋白(增加73%)、Saposin-like蛋白(增加65%)和利什曼溶素样蛋白酶(增加64%)家族的扩增。

宿主转换的关键基因
鉴定出138个T. vaginalis特异性正选择基因，其中10个已被实验验证与粘附、吞噬等致病过程相关。趋同进化分析发现320个基因在人类感染谱系中经历趋同纯化选择，93个经历趋同正向选择，包括与吞噬作用、CAZymes(碳水化合物活性酶)毒力因子相关的基因。

这项研究首次在染色体水平揭示了阴道毛滴虫的基因组结构，证实人类感染谱系通过转座子爆发和基因家族扩张实现了基因组"肥胖化"。研究不仅解析了寄生虫从鸟类到人类的宿主转换过程中的基因组进化规律，更重要的是鉴定出一系列与宿主适应相关的关键基因靶点，如BspA-like粘附蛋白和CAZymes毒力因子。这些发现为理解病原体跨物种传播的分子机制提供了新视角，也为开发针对滴虫病的新型干预策略指明了方向。特别值得注意的是，研究提出的"遗传漂变驱动基因组扩张"模型，为解释其他寄生虫的基因组进化提供了重要参考框架。