《Infection, Genetics and Evolution》：Babesia divergens and
Babesia microti species-specific genes that may drive pathogenesis
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为了解决欧洲和北美地区人巴贝虫病主要致病虫种（分别为巴贝虫分歧型和巴贝虫微小型）的致病性差异问题，研究人员通过对源自德国的两株巴贝虫分歧型和两株巴贝虫微小型进行高质量基因组测序与比较分析，发现分歧型虫株的特异性基因以VESA1（变异性红细胞表面抗原1）和分泌抗原1/3家族为主，可能通过免疫逃逸机制驱动其更高的致病性；而微小型的RI菌株特有的37个蛋白在欧洲分离株中缺失，这可能是美国菌株致病性更强的原因。
想象一种通过蜱虫传播的疟疾样疾病，能够感染人类红细胞，引发发热、贫血甚至器官衰竭，这就是人巴贝虫病。随着全球病例的不断增加，这种新发人畜共患病引起了广泛关注。然而，一个有趣的现象是：在欧洲，多数病例由巴贝虫分歧型（Babesia divergens）引起；而在北美，主要病原体则是巴贝虫微小型（Babesia microti）。更令人困惑的是，同样存在于欧洲的微小型虫株，其致病性似乎远低于其北美的“亲戚”，也弱于同区域的巴贝虫分歧型。究竟是什么基因层面的“武器库”差异，导致了这些亲缘关系相近的寄生虫在感染人类时表现出不同的“攻击力”？为了破解这个谜题，并加深对巴贝虫与宿主相互作用的理解，一个国际研究团队对分别代表欧洲流行虫种的四个巴贝虫分离株进行了深入的基因组剖析。相关研究成果已发表在《Infection, Genetics and Evolution》期刊上。
为了回答上述科学问题，研究人员主要运用了以下关键技术：首先，他们利用牛津纳米孔技术平台对来自德国的两株牛源巴贝虫分歧型（Hullmann和Holland）和两株蜱源巴贝虫微小型（HM112和HM113）进行了长读长基因组测序，随后进行了de novo基因组组装。接着，使用生物信息学工具（如OrthoFinder）对四个分离株以及美国参考微小型菌株（RI）进行全面的基因组比较分析，以鉴定物种/分离株特异性基因。最后，通过序列相似性网络分析等方法，重点聚焦于已知或预测与红细胞入侵、免疫逃逸及毒力相关的蛋白家族（如VESA1、Bd37、分泌抗原1/3等）的多样性和分布特征。
3.1. 核与细胞器基因组组装
研究成功组装了四个巴贝虫分离株的高质量核基因组和细胞器（线粒体、顶质体）基因组。结果显示，巴贝虫分歧型的基因组大小（约10 Mb）显著大于巴贝虫微小型（约6.8 Mb）。组装出的基因数量与之前报道的参考基因组（如分歧型的Rouen 87株和微小型的RI株）大体相当，但新的基因组在连续性和完整性上更高（包含端粒序列的支架数更少）。
3.2. HM112、HM113、Hullmann和Holland的系统发育分组
基于18S rDNA序列的系统发育分析表明，两株巴贝虫微小型（HM112和HM113）属于微小型严格意义上的第一进化支，与欧洲其他分离株聚在一起。两株巴贝虫分歧型则与已知的分歧型标准株聚为一支，暗示它们可能源自一个共同的近期祖先。
3.3. VESA1是分离株/物种特异性基因的主导
比较基因组学分析揭示，VESA1蛋白家族在巴贝虫分歧型分离株（Hullmann和Holland）的特异性基因中占绝对主导地位（分别占其特异性基因的73.6%和46.9%）。分泌抗原1/3家族是另一类重要的特异性基因。相比之下，两株欧洲巴贝虫微小型分离株的特异性基因数量极少，且主要为BMN多基因家族蛋白。值得注意的是，所有分析的巴贝虫微小型分离株（包括RI株）均缺乏真正的VESA1，仅含有少量功能未知的VESA样蛋白。美国RI菌株拥有37个欧洲微小型分离株所不具备的特异性基因，包括多个BMN家族蛋白、BmP94分泌蛋白等，这些可能是其致病性更强的分子基础。
3.4. 在致病性/毒力相关基因中，VESA1是复制最多的
基因复制分析显示，VESA1是所研究所有分离株中复制/扩张程度最高的基因，占所有复制事件的35%，且主要发生在巴贝虫分歧型中。基因树分析进一步证实，VESA1和Bd37（另一种红细胞结合相关蛋白）在分歧型中表现出高度的多样性，但在微小型中缺失。序列相似性网络分析表明，不同分离株甚至不同个体之间的VESA1序列库几乎不重叠，显示出极高的变异性。而其他一些与红细胞入侵相关的蛋白，如顶膜抗原1、钙依赖蛋白激酶4、肌动蛋白等，则表现出较低的多样性。
4. 讨论
本研究通过比较来自德国邻近地区的两种主要致病性巴贝虫的基因组，揭示了驱动其致病性差异的关键分子因素。巴贝虫分歧型的高致病性可能归因于其丰富的VESA1变体库和分泌抗原1/3家族，这些蛋白可能协同作用，通过抗原变异等方式帮助寄生虫逃避宿主免疫系统的攻击，这与恶性疟原虫的PfEMP1蛋白功能类似。巴贝虫分歧型不同分离株间VESA1序列库的极少重叠性，彰显了其在宿主-寄生虫界面经受的强大免疫选择压力以及基因重组的活跃性，这也使得针对VESA1的广谱疫苗研发面临挑战。
另一方面，美国巴贝虫微小型（RI菌株）致病性强于欧洲微小型分离株（HM112、HM113），可能是由于其拥有一套独特的、欧洲分离株缺失的蛋白“装备”，包括多个BMN家族成员和BmP94等免疫显性蛋白。欧洲微小型致病性较低可能与其缺乏像VESA1这样强大的免疫逃逸因子有关，也可能与某些毒力相关基因的缺失有关。
研究还详细描述了新分离株线粒体和顶质体基因组的结构特征，发现了巴贝虫分歧型线粒体基因组两端具有直接重复序列（内含可翻转区域）的特殊结构，这可能与寄生虫在不同生命周期阶段的代谢调控有关。
总而言之，这项研究通过对高质量欧洲巴贝虫分离株基因组的首次系统性测序与比较分析，为理解巴贝虫物种间及地域间致病性差异提供了关键的分子线索。研究强调了VESA1及其相关蛋白家族在巴贝虫分歧型致病机制中的核心作用，并指出了美国与欧洲巴贝虫微小型在基因组“武器库”上的显著差异。这些发现不仅增进了我们对巴贝虫宿主-寄生虫相互作用复杂性的认识，也为未来针对不同虫种、不同地域菌株的诊断方法优化、药物靶点筛选和疫苗设计策略（例如寻找交叉保守的表位或探索分泌抗原作为诊断标志物）提供了宝贵的基因组数据资源和理论依据。
