Що таке генні накопичувачі? Як вчені протистоять смертельним комарам

Яка смертельна тварина на землі? Це питання нагадує страшних левів, тигрів, акул і крокодилів. Але відповідь - тварина, довжиною не більше 1 сантиметра.

Кілька видів комарів, з тисяч, які населяють різні середовища, є найвпливовішими тваринами на землі. Anopheles комари самостійно, передають малярію через укус і щорічно заражають більше 200 мільйонів людей, і вони несуть відповідальність за 400000 смертей на рік, з яких 70 відсотків - діти у віці до 5 років.

Інші види комарів також передають хвороби - лихоманку денге, Західний Ніл і Зіку - через їх укус.

Ми генетики Імперського коледжу в Лондоні, які зосереджуються на комарі та його ролі як вектора хвороби. Більше 20 років ми зосереджуємося на розвитку генетично маніпулюючих комарів. Це тому, що десятиліття боротьби з малярією навчили нас, що найбільш ефективною стратегією запобігання малярії є контроль за самим комаром. Роки досліджень призвели до розробки кінцевого та складного генетичного інструменту, який називається «генним приводом». Коли він правильно сконструйований, він може усунути популяцію комарів, розміщених у клітках лабораторії.

Дивіться також: Як мільйони паразитних москітів, піднятих роботами, можуть боротися з Зікою

Ми боремося з хворобами комарів щодня

Тільки жіночі комарі укусують людей. Вони п'ють людську кров, щоб зібрати поживні речовини для виробництва своїх яєць. Якщо жіночий комар інфікується вірусом або паразитом, він передасть інфекцію укушену людину. Пізніше, якщо неінфікований комар укусить щойно зараженого людини, він підніме мікроорганізм і він також зможе поширити хворобу на інших людей.

Для хвороби, як малярія, яка є загрозою для майже половини населення світу, ініціативи громадського здоров'я використовували різні методи, спрямовані на саму малярійного паразита, як, наприклад, вакцини та наркотики. Інші методи - у тому числі пестициди, фумігація, постільні мережі та видалення ареалів комарів - намагаються зменшити або контакт з комарами, або їх кількість. Але ми вважаємо, що орієнтація на комарів є найбільш ефективним способом зменшення випадків малярії у всьому світі.

Зараз у Африці, де навантаження на малярію є найвищим, розпорошення інсектицидів у приміщенні та сну під інсектицидними мережами - найбільш ефективні способи швидкого зменшення передачі малярії. Ці заходи контролю та втручання допомогли різко зменшити навантаження на малярію в багатьох місцях. З 2010 року рівень смертності від малярії знизився на 35% серед дітей у віці до 5 років.

Ці методи, однак, не є стійкими, і їх необхідно впроваджувати у великих масштабах, щоб досягти повного потенціалу. Це стало очевидним у період з 2014 по 2016 рік, який відзначається вперше з 2010 року, коли випадки малярії збільшилися, порушуючи тенденцію до зниження, яка спостерігалася в попередні роки. Комарі розвивають стійкість до протималярійних препаратів і інсектицидів, і у нас закінчуються варіанти і час.

Новий підхід

Щоб досягти ліквідації малярії, дослідники охорони здоров'я повинні модернізувати наш арсенал. Щоб перейти до цієї мети, ми, лабораторія Crisanti тут, в Imperial College, працюємо над планом, щоб зробити саме це.

Останнім часом була розроблена технологія CRISPR, що дозволяє вченим редагувати ДНК з великою ефективністю. Дослідники з усього світу використовують CRISPR для модифікації ДНК комарів з метою усунення хвороб, що передаються комарами, таких як малярія. У нашій лабораторії ми розробили, можливо, найсучасніше використання запропонованої технології. Цей тип генетичної модифікації має здатність поширювати ознаки у дикій популяції, перекриваючи класичні закони спадковості.

ДНК, яка передається від одного з батьків, від одного покоління до іншого через класичні закони спадковості, успадковується лише половиною потомства кожного покоління. Це зберігає частоту цієї генетичної модифікації або ознаки в популяції комарів однаково.

Диски генів успадковуються більш ніж на 50% потомства. Це дає їм можливість поступово збільшувати частоту ознак протягом наступних поколінь, що є перевагою над потенційним використанням інших комарів ГМ.

Етика зміни популяцій диких комарів

Ми розробили генний привід, який спрямований на гени родючості, які необхідні для розвитку жіночого комара. Коли ці гени порушуються, жіноча комаха не в змозі вкусити або виробляти потомство.

Перевага генних дисків полягає в тому, що ми можемо орієнтуватися тільки на Anopheles gambiae Види - один з первинних векторів, що переносять хворобу в Африці на південь від Сахари - не впливаючи на тих, хто цього не робить.

Коли ми випробували нашу технологію в лабораторії, ми змогли поширити цю ознаку на 100 відсотків населення комарів у клітках. Наслідком вироблення нормальних чоловічих комарів і стерильних жінок було те, що протягом шести місяців ми звели населення до нуля.

Це перший випадок, коли популяція була придушена за допомогою генного приводу, хоча і в лабораторії.

Генний привід - це швидка і потужна генетична технологія. Здатність трансформувати природні популяції без постійного втручання людини робить їх ідеальними для доповнення існуючих засобів і методів боротьби з інфекційними захворюваннями, а також зменшення їх економічного і екологічного тягаря.

Незважаючи на те, що придушення популяцій комарів у клітці в лабораторії є знаковим досягненням, фактичне вивільнення генного приводу відбувається принаймні на десятиліття в майбутньому.

Оскільки вони можуть поширюватися на свої власні, і на потенційно великі географічні райони, технологія викликає потенційні етичні проблеми щодо їх використання. Наприклад, хто вирішує, коли генетичний привід звільняється, якщо не досягнуто повного консенсусу з боку постраждалих від неї спільнот? Ці питання широко обговорюються вченими, етиками, регуляторами та тими, кого може вплинути технологія генного приводу.

Тим не менш, наукове співтовариство досягло значного прогресу над потенційними методами для захисту технології, включаючи потенціал для проектів, які б обмежували їх поширення. Остаточне рішення про те, чи може генний привід бути звільнений у дикій природі, має прийматися за згодою постраждалих країн і, зокрема, громад, які щодня живуть з цими захворюваннями.

Ця стаття спочатку була опублікована на бесіді Андреа Крісанті та Кірос Кіру. Читайте оригінальну статтю тут.