Czym są dyski genowe? Jak naukowcy walczą przeciwko śmiertelnym komarom

Jakie jest najbardziej zabójcze zwierzę na ziemi? Jest to pytanie, które przywodzi na myśl przerażające lwy, tygrysy, rekiny i krokodyle. Ale odpowiedzią jest zwierzę, które nie ma więcej niż 1 centymetr długości.

Kilka gatunków komarów, spośród tysięcy zamieszkujących różne środowiska, jest najbardziej zabójczymi zwierzętami na ziemi. Widliszek same komary, przenoszą malarię poprzez ich ugryzienia i corocznie zarażają ponad 200 milionów ludzi, i są odpowiedzialne za 400 000 zgonów rocznie, z czego 70 procent to dzieci poniżej 5 roku życia.

Inne gatunki komarów przenoszą również choroby - dengę, Zachodni Nil i Zikę - poprzez ich ugryzienie.

Jesteśmy genetykami w Imperial College w Londynie, którzy skupiają się na komarze i jego roli jako wektora choroby. Od ponad 20 lat skupiamy się na rozwoju genetycznie zmanipulowanych komarów. Dzieje się tak, ponieważ dekady kontroli malarii nauczyły nas, że najskuteczniejszą strategią zapobiegania malarii jest kontrola samego komara. Lata badań doprowadziły do ​​opracowania najnowocześniejszego i najbardziej zaawansowanego narzędzia genetycznego o nazwie „napęd genowy”. Po prawidłowym zaprojektowaniu może wyeliminować populacje komarów umieszczone w klatkach w laboratorium.

Zobacz także: Jak miliony pasożytniczych komarów wychowane przez roboty mogą walczyć z Ziką

Walczymy z chorobami przenoszonymi przez komary każdego dnia

Jedynie samice komarów gryzą ludzi. Piją ludzką krew, aby zebrać składniki odżywcze do produkcji jaj. Jeśli samica komara jest zainfekowana wirusem lub pasożytem, ​​przeniesie infekcję na ugryzioną osobę. Później, jeśli niezakażony komar gryzie nowo zarażonego człowieka, będzie on wychwytywał mikroorganizm i również będzie mógł rozprzestrzeniać chorobę na inne osoby.

W przypadku choroby takiej jak malaria, która stanowi zagrożenie dla prawie połowy populacji świata, inicjatywy w zakresie zdrowia publicznego wykorzystują różne metody w celu zwalczania samego pasożyta malarii, takiego jak szczepionki i leki. Inne metody - w tym pestycydy, fumigacja, moskitiery i usuwanie siedlisk komarów - dążą do zmniejszenia kontaktu z komarem lub liczby komarów. Uważamy jednak, że ukierunkowanie na komary jest najskuteczniejszym sposobem ograniczenia przypadków malarii na całym świecie.

Obecnie w Afryce, gdzie obciążenie malarią jest najwyższe, rozpylanie środków owadobójczych w pomieszczeniach i spanie pod siatkami owiniętymi środkami owadobójczymi to najskuteczniejsze sposoby szybkiego zmniejszenia przenoszenia malarii. Te środki kontroli i interwencje pomogły radykalnie zmniejszyć obciążenie malarią w wielu miejscach. Od 2010 r. Wskaźniki śmiertelności spowodowane malarią spadły o 35 procent wśród dzieci poniżej 5 roku życia.

Metody te nie są jednak trwałe i muszą zostać wdrożone na dużą skalę, aby osiągnąć swój pełny potencjał. Stało się to oczywiste w latach 2014–2016, które po raz pierwszy od 2010 r. Zwiększyły liczbę przypadków malarii, przełamując tendencję spadkową obserwowaną przed laty. Komary rozwijają odporność na leki przeciwmalaryczne i środki owadobójcze, a my wyczerpujemy możliwości i czas.

Nowe podejście

Aby osiągnąć likwidację malarii, naukowcy zajmujący się zdrowiem publicznym muszą ulepszyć nasz arsenał. Aby osiągnąć ten cel, my, laboratorium Crisanti w Imperial College, pracowaliśmy nad planem, aby to zrobić.

Ostatnio opracowano technologię o nazwie CRISPR, która pozwala naukowcom edytować DNA z wielką skutecznością. Naukowcy z całego świata stosują CRISPR do modyfikacji DNA komarów w celu wyeliminowania chorób przenoszonych przez komary, takich jak malaria. W naszym laboratorium opracowaliśmy najbardziej zaawansowane zastosowanie technologii, jakie kiedykolwiek zaproponowano. Nazywa się to „napędem genowym”. Ten rodzaj modyfikacji genetycznej ma zdolność rozprzestrzeniania cechy u dzikiej populacji, nadpisując klasyczne prawa dziedziczności.

DNA przekazywane z jednego rodzica, z pokolenia na pokolenie za pośrednictwem klasycznych praw dziedziczenia, dziedziczy tylko połowa potomstwa każdego pokolenia. Dzięki temu częstotliwość modyfikacji genetycznej lub cechy w populacji komarów jest taka sama.

Dyski genowe są dziedziczone przez ponad 50 procent potomstwa. Daje im to możliwość stopniowego zwiększania częstotliwości cechy w kolejnych pokoleniach, co jest zaletą w stosunku do potencjalnego wykorzystania innych komarów GM.

Etyka zmiany populacji dzikich komarów

Zaprojektowaliśmy napęd genowy ukierunkowany na geny płodności, które są niezbędne dla rozwoju komara płci żeńskiej. Gdy te geny zostaną zakłócone, samica owada nie jest w stanie ugryźć lub wyprodukować potomstwa.

Zaletą napędów genowych jest to, że możemy kierować tylko na Anopheles gambiae gatunek - jeden z głównych wektorów przenoszących chorobę w Afryce Subsaharyjskiej - bez wpływu na te, które tego nie robią.

Kiedy testowaliśmy naszą technologię w laboratorium, byliśmy w stanie rozprzestrzenić tę cechę na 100 procent populacji komarów w klatkach. Konsekwencją wytwarzania normalnych samców komarów i jałowych samic było to, że sprowadziliśmy populację do zera w ciągu sześciu miesięcy.

Po raz pierwszy populacja została stłumiona za pomocą napędu genowego, chociaż w laboratorium.

Napęd genowy to szybka i potężna technologia genetyczna. Zdolność do przekształcania naturalnych populacji bez stałej interwencji człowieka sprawia, że ​​idealnie nadają się do uzupełnienia obecnych narzędzi i metod stosowanych w walce z chorobami zakaźnymi oraz do zmniejszenia ich obciążenia ekonomicznego i ekologicznego.

Chociaż tłumienie klatkowych populacji komarów w laboratorium jest przełomowym osiągnięciem, faktyczne wydanie napędu genowego jest co najmniej dekadą w przyszłości.

Ponieważ mogą rozprzestrzeniać się samodzielnie i na potencjalnie dużych obszarach geograficznych, technologia ta rodzi potencjalne obawy etyczne związane z ich wykorzystaniem. Na przykład, kto decyduje, kiedy napęd genowy zostanie zwolniony, jeśli nie osiągnie się pełnego konsensusu ze strony społeczności, których to dotyczy? Kwestie te są szeroko dyskutowane przez naukowców, etyków, regulatorów i tych, których może dotyczyć stosowanie technologii napędu genowego.

Niemniej jednak społeczność naukowa poczyniła duże postępy w zakresie potencjalnych metod ochrony technologii, w tym potencjału projektów, które ograniczałyby ich rozprzestrzenianie. Ostateczna decyzja, czy napęd genowy może zostać uwolniony na wolności, musi zostać podjęta za zgodą krajów dotkniętych chorobą, a konkretnie społeczności, które żyją z tymi chorobami każdego dnia.

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w Rozmowie Andrei Crisanti i Kyrosa Kyrou. Przeczytaj oryginalny artykuł tutaj.