科技日报记者 吴纯新 通讯员 汪楚琪 陈玉坤
6月18日，记者从华中农业大学获悉，该校农业微生物资源发掘与利用全国重点实验室、湖北洪山实验室、动物医学院申邦教授团队在人兽共患寄生原虫——弓形虫的营养代谢机制研究方面取得重要进展。该团队发现定位于弓形虫顶质体的一类全新的丙酮酸转运蛋白，并解析其生物学功能，为抗弓形虫药物研发提供了新的靶标。相关研究成果日前发表在《美国国家科学院院刊》上。
弓形虫属于顶复门，是一种单细胞真核生物，能够引起弓形虫病。该人畜共患病导致孕妇和孕畜流产、畸形胎儿及免疫缺陷病人的死亡，对世界公共卫生和动物健康养殖产生巨大威胁。
申邦介绍，作为真核病原微生物，弓形虫除了拥有真核细胞典型的细胞器结构和生物膜系统外，还具有一种独特的细胞器——顶质体。顶质体拥有活跃而复杂的代谢活动，帮助虫体完成胞内寄生。它与叶绿体相似，均被认为是由“内共生”事件演化而来，但与叶绿体相比，它失去了光合作用能力，且拥有4层生物膜结构。该细胞器是弓形虫体中重要的代谢场所，其活性对弓形虫在人和动物体内建立感染十分重要，因此被视为抗弓形虫药物开发的良好靶标。
领域内传统观念认为，顶质体中的丙酮酸是由PYK2（丙酮酸激酶2）催化PEP(磷酸烯醇式丙酮酸)产生。申邦团队通过前期研究发现：PYK2并非顶质体中丙酮酸的主要来源，缺失后并不影响虫体的生长与毒力，暗示顶质体中的丙酮酸供应可能主要来自虫体细胞质。
但顶质体拥有4层膜包裹的特殊结构，它如何使丙酮酸从细胞质进入其中？寻找能将丙酮酸运送到顶质体的转运蛋白，是这项研究解决的主要科学问题。
丙酮酸转运蛋白的研究是代谢领域的重点和难点。经过近半个世纪研究，科学家们仅发现两类定位于细胞器的丙酮酸转运蛋白——它们分别定位于线粒体和叶绿体。弓形虫体内存在真核细胞中保守的线粒体丙酮酸转运蛋白，但是没有与叶绿体丙酮酸转运蛋白同源的蛋白。
因此，该研究利用蛋白临近标记技术筛选潜在的顶质体丙酮酸转运蛋白，最终发现两个定位于弓形虫顶质体膜上的丙酮酸转运蛋白（APC），通过相互结合共同发挥转运胞质中丙酮酸进入顶质体基质的功能。借助CRISPR/Cas9基因编辑技术敲低APC后，对弓形虫顶质体的完整性及其代谢活性产生重要影响，最终导致虫体生长停滞。通过序列比对发现，APC是一类全新的丙酮酸转运蛋白。APC在虫体代谢和生长中起关键作用，并且仅存在于弓形虫等含有顶质体的寄生原虫中，宿主细胞不编码同源蛋白。这些特征使其具有成为新型抗寄生虫药物靶标的潜力。
（华中农大供图）
