生命科学
Life science
巴贝斯虫病（Babesiosis）是一种蜱传性血液原虫病，在世界范围内广泛传播和流行，严重威胁动物生产养殖和人类公共卫生安全，对巴贝斯虫（Babesia）生物学的全面了解需要应用先进的实验室技术。近日，华中农业大学动物医学院赵俊龙教授和贺兰教授团队在Cell Press细胞出版社旗下期刊Trends in Parasitology发表了题为“Pushing the frontiers of babesiosis research: in vitro culture and gene editing”的综述性论文。该文全面详细介绍了在建立有效的巴贝斯虫体外培养体系中遇到的历史性挑战，讨论了优化这些方法以提高基因编辑效率的必要性，系统总结了巴贝虫基因编辑技术的最新进展，描述了巴贝斯虫转染的最新进展、不同的基因操作系统、以及基因编辑技术在巴贝斯虫关键毒力因子、致病机制和防控技术研发中的应用。该综述为巴贝斯虫病原生物学的研究提供重要的见解和技术指导，强调基因操作对这一重要寄生虫基础研究的巨大潜力。
有兴趣在Trends in Parasitology发表您的综述文章？请扫描提交论文提案 (presubmission inquiry)。
巴贝斯虫生活史：从媒介蜱到脊椎动物宿主
巴贝斯虫是顶复门红细胞内专性寄生的原虫，其引发的巴贝斯虫病对全球畜牧业、伴侣动物健康及公共卫生安全构成显著威胁。巴贝斯虫需两个宿主才能完成完整的生活史（图1）：中肠内配子体形成合子，后者穿透肠壁分化为具扩散能力的动合子，随后定植卵巢实现经卵传播；当蜱吸血时触发唾液腺内的孢子生殖，大量子孢子进入宿主体内并发育成裂殖子；裂殖子在宿主体内侵入红细胞，经异步二分裂产生大量的裂殖子，形成持续性溶血性贫血。
▲图1 巴贝斯虫在蜱虫和脊椎动物宿主中的生命周期
基因编辑成功的前提和关键：体外培养
当前，巴贝斯虫病防控体系面临核心挑战：缺乏高效疫苗和药物的现状严重制约了该病的综合防治效能。这一困境凸显出两方面的迫切需求：其一需加速新型治疗药物的研发进程，其二亟需开拓创新性疫苗候选方案。理解巴贝斯虫复杂生物学机制是突破上述瓶颈的理论基石，其关键生命环节的解析为药物靶点筛选与疫苗抗原鉴定提供科学依据。巴贝斯虫体外培养体系的建立是解析其生命周期特征、宿主-虫体互作机制以及开发新型防控策略的基础，具有重要科学价值。通过模拟宿主内环境条件并整合供体红细胞与血清成分，通过周期性更换培养基和维持低氧环境，成功建立十余种巴贝斯虫的培养体系，为比较生物学研究提供关键平台。巴贝斯虫有一百多种，以前的体外培养只适用特定的虫种，且对血清依赖性强。赵俊龙教授领衔的巴贝斯虫研究团队突破技术瓶颈，成功建立了2种巴贝斯虫的无血清和低血清连续体外培养体系，3种巴贝斯虫的动物模型和传播媒介模型，并经历十几年的努力建立了包含靶向敲除和动态调控的基因编辑技术。这些技术突破为药物筛选、疫苗开发和基础生物学探索等提供了可靠的平台。
▲图2 建立和优化体外培养以及开发巴贝斯虫遗传工具的时间序列
当前的基因编辑技术和未来的方向
高通量测序技术的突破性发展使得牛巴贝斯虫、田鼠巴贝斯虫、分歧巴贝斯虫等十余种重要病原体完成全基因组解析，功能基因组学研究奠定基础。基于CRISPR/Cas9的基因编辑体系在巴贝斯虫研究中取得突破性进展，其独特DNA修复缺陷使牛巴贝斯虫等成为精准编辑的理想模型。通过构建ef-1α双向启动子驱动Cas9与药物抗性基因、内源性U6启动子调控sgRNA的共表达系统，成功实现基因敲除、点突变及蛋白标记等精确操作。此外，研究人员开发了多重调控系统：雷帕霉素诱导型Cre重组酶实现时空特异性基因编辑；glmS核糖开关经GlcN6P诱导可快速降解BbVEAP/BbSBP3 mRNA；AID系统在B. duncani中实现荧光蛋白的快速降解。这些技术突破构建了从基因编辑到功能解析的研究体系，为寄生虫必需基因研究提供了多维工具箱（图3）。
▲图3 CRISPR/Cas9 编辑和条件性基因敲除/敲低系统的模式图
基因编辑在巴贝斯虫研究中的应用
通过整合CRISPR-Cas9精准编辑与多维度可调控表达系统，建立了巴贝斯虫全生命周期基因功能研究平台，包括成功解析了6-CysE基因在蜱虫唾液腺定植中的核心作用，开发出基于重组GST的传播阻断疫苗。值得注意的是，靶向有性生殖关键基因hap2的重组疫苗在小鼠模型中实现较高的保护效率，而转基因牛巴贝斯虫Bm86/eGFP虫株可同步激发抗寄生虫与抗蜱双重免疫应答。在致病机制层面，发现SBP3敲除导致染虫率下降，PLP1缺失引发宿主细胞裂解延迟，而Rad51敲除株的同源重组效率锐减至，伴随染色体非整倍体率激增。这些发现不仅绘制了巴贝虫毒力调控网络图谱，更构建了从基础发现到疫苗设计的转化研究模式。
总结
建立标准化的体外培养体系是保障研究数据可靠性与结果可重复性的基础。尤其在药物高通量筛选和疫苗抗原研发领域，构建支持规模化扩增的高效培养平台具有重要作用。高效的基因编辑手段和可控的条件性基因敲除系统，对阐明巴贝虫入侵宿主细胞的分子机制及免疫逃逸策略具有重要意义，为抗巴贝斯虫疫苗研发和新型防控技术开发提供了工具。
本文参考文献（上下划动查看）
论文作者介绍
赵俊龙
教授
赵俊龙，华中农业大学动物科技学院动物医学院教授、博士生导师。任中国畜牧兽医学会家畜寄生虫学分会副理事长、中国兽医协会寄生虫病防控分会副会长等。主要从事动物寄生虫学的教学、科研等工作，研究方向为病原分子生物学与基因工程，研究重点在血液原虫病和人兽共患病（如巴贝斯虫、弓形虫）等。先后主持国家自然科学基金、国际科学基金、863计划、973计划、教育部新世纪优秀人才支持计划等各类课题20余项。在国内外发表论文240余篇（SCI收录140余篇），出版专著（教材）11部，其中主编一部、副主编四部，获国家专利12项，鉴定成果3项，获湖北省科技进步一等奖1项、二等奖2项、三等奖2项。
贺兰
教授
贺兰，华中农业大学动物科技学院动物医学院教授、博士生导师。国家高层次人才项目获得者。2011年博士毕业于华中农业大学动物医学院。专注于巴贝斯虫的病原生物学、入侵机制、防控技术和产品相关研究。突破领域的技术瓶颈，建立多种巴贝斯虫的体外培养、实验动物模型、高通量药物筛选和基因编辑平台，为血液寄生虫基础研究提供新的技术手段。主持承担十四五国家重点研发计划青年科学家项目，十三五国家重点研发计划课题主持、973技术骨干、国家自然科学基金青年基金、面上基金、中国博士后基金等25个项目。以第一或通讯作者发表SCI收录论文40余篇，获国家发明专利13项，参编著作1部。
相关论文信息
相关研究发表在Cell Press细胞出版社
旗下期刊Trends in Parasitology,
▌论文标题：
Pushing the frontiers of babesiosis research: in vitro culture and gene editing
▌论文网址：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1471492225000431
▌DOI：
https://doi.org/10.1016/j.pt.2025.02.008