Genetic modification of the diarrhoeal pathogen cryptosporidium parvum

Sumiti Vinayak, Mattie C. Pawlowic, Adam Sateriale, Carrie F. Brooks, Caleb J. Studstill, Yael Bar-Peled, Michael J. Cipriano & Boris Striepen

Nature. 2015 Jul 15;523(7561):477-80.

Speaker: Ming-Yang Wu (吳明陽)                               Time: 14:00~15:00, Nov 4, 2015

Commentator: Dr. Jyh-Wei Shin (辛致煒 老師)     Place: Room 601

Abstract:

小隱孢子蟲是一種原生動物寄生蟲，五歲以下的小孩感染會引起非常嚴重的腹瀉疾病。這些原生寄生蟲已知是目前第二主要造成腹瀉的病原體，僅次於輪狀病毒[1]，大約造成全球10.5%的孩童死亡，而且也時常感染免疫力低下的人。目前小隱孢子蟲並沒有疫苗，而且僅有一種方式可以治療這種疾病，會造成這樣的主因是小隱孢子蟲的研究受到很多的限制，例如沒有可以連續培養寄生蟲的系統、缺乏簡易操作的動物模式，以及研究基因的工作[1,2]。在這篇研究中，作者希望能製造出穩定的轉基因小隱孢子蟲。首先，作者使用電穿孔的方式，將nanoluciferase這個螢光基因構造受入小隱孢子蟲的滋養體中，並且同時放入耐neomycin 的基因標記，去減少寄生蟲對於paromo­mycin的敏感性。為了分離出穩定的轉基因寄生蟲，作者發展出一套方法是直接將寄生蟲的滋養體注射到小鼠腸道，並培養在那裏。同時，作者使用小隱孢子蟲的U6 RNA啟動子去建立一套CRISPR–Cas9的系統，並用這個系統去驅動引導RNA的表現，並且將Streptococcus pyogenes cas9的基因附近填入小隱孢子蟲的調控序列，去增加基因修飾的效率、穩定性及專一性。綜合上述，作者成功建立從轉染、繁殖及依靠paromomycin的篩選機制，篩出帶有nanoluciferase的寄生蟲。這個系統可用來建立藥物篩選的平台和提供比PCR更敏感、專一的方式去偵測。在未來應用在小隱孢子蟲的基因修飾，可以幫助我們更了解這些寄生蟲們的基礎生物知識及毒力來源，並提供重要的資訊能夠有效地去發展疫苗，並改善現有的治療方式，達到更好的防治效果。

Reference:

1.     Checkley, W. et al. A review of the global burden, novel diagnostics, therapeutics, and vaccine targets for cryptosporidium. Lancet Infect. Dis. 15, 85–94 (2015).

2.     Striepen, B. Parasitic infections: time to tackle cryptosporidiosis. Nature 503, 189–191 (2013).