Čo sú génové pohony? Ako vedci bojujú proti smrtiacim komárom

Čo je najnebezpečnejšie zviera na Zemi? Je to otázka, ktorá na mysli prináša hrozné levy, tigre, žraloky a krokodíly. Ale odpoveď je zviera, ktoré nie je dlhšie ako 1 centimeter.

Niekoľko druhov komárov, z tisícov, ktoré obývajú rôzne prostredia, sú najnebezpečnejšími zvieratami na Zemi. Anopheles Samotné komáre, prenášajú maláriu cez ich uhryznutie a každoročne infikujú viac ako 200 miliónov ľudí a sú zodpovedné za 400 000 úmrtí ročne, z ktorých 70% tvoria deti mladšie ako 5 rokov.

Iné druhy komárov tiež prenášajú choroby - dengue, West Nile a Zika - cez ich uhryznutie.

Sme genetici na Imperial College v Londýne, ktorí sa zameriavajú na komára a jeho úlohu ako vektor choroby. Viac ako 20 rokov sa zameriavame na vývoj geneticky manipulovaných komárov. Je to preto, že desaťročia kontroly malárie nás naučili, že najúčinnejšou stratégiou na prevenciu malárie je kontrola samotného komára. Roky výskumu viedli k vývoju dokonalého a sofistikovaného genetického nástroja nazývaného „génový pohon“. Keď je správne skonštruovaný, môže eliminovať populácie komárov umiestnených v klietkach v laboratóriu.

Pozri tiež: Ako milióny parazitov-Ridden Mosquit vyrastal Roboty môžu bojovať Zika

Každý deň bojujeme proti chorobám spôsobeným komármi

Len ženské komáre uhryznú ľudí. Pijú ľudskú krv, aby zhromaždili živiny na výrobu vajec. Ak je samica komára infikovaná vírusom alebo parazitom, prejde infekciou na pokousanú osobu. Neskôr, ak neinfikovaný komár uštipne novo infikovaného človeka, zachytí mikroorganizmus a aj on bude schopný šíriť chorobu na iných jedincov.

V prípade ochorenia, ako je malária, ktorá je hrozbou pre takmer polovicu svetovej populácie, iniciatívy verejného zdravia použili rôzne metódy na zacielenie na samotného parazita malárie, ako sú vakcíny a lieky. Iné metódy - vrátane pesticídov, fumigácie, sieťok proti hmyzu a odstraňovania biotopov komárov - sa snažia znížiť kontakt s komármi alebo ich počet. Veríme však, že zacielenie na komára je najefektívnejším spôsobom, ako znížiť prípady malárie na celom svete.

V Afrike, kde je najväčšia záťaž maláriou, vstrekovanie insekticídov v interiéri a spanie pod sieťami na insekticídne šnurovanie, sú najúčinnejšie spôsoby, ako rýchlo znížiť prenos malárie. Tieto kontrolné opatrenia a intervencie pomohli dramaticky znížiť záťaž maláriou na mnohých miestach. Od roku 2010 úmrtnosť spôsobená maláriou klesla u detí mladších ako 5 rokov o 35%.

Tieto metódy však nie sú udržateľné a musia sa realizovať vo veľkom rozsahu, aby sa dosiahol ich plný potenciál. Toto sa prejavilo medzi rokmi 2014 a 2016, ktoré sa prvýkrát od roku 2010, kedy sa prípady malárie zvýšili, porušili klesajúci trend pozorovaný v predchádzajúcich rokoch. Komáre vyvíjajú rezistenciu voči antimalarickým liečivám a insekticídom.

Nový prístup

Na dosiahnutie eradikácie malárie musia výskumníci v oblasti verejného zdravia aktualizovať náš arzenál. Aby sme sa dostali k tomuto cieľu, pracujeme na tomto pláne, laboratóriu Crisanti tu na Imperial College.

Nedávno bola vyvinutá technológia CRISPR, ktorá umožňuje vedcom editovať DNA s veľkou účinnosťou. Výskumní pracovníci na celom svete používajú CRISPR na modifikáciu komárovej DNA s cieľom eliminovať choroby prenášané komármi, ako je napríklad malária. V našom laboratóriu sme vyvinuli to, čo je možno najpokročilejšie použitie technológie, akú kedy navrhli. Tento typ genetickej modifikácie má schopnosť šíriť črty v divokej populácii a prevážiť nad klasickými zákonmi dedičnosti.

DNA, ktorá je prenášaná z jedného rodiča z jednej generácie na druhú klasickými zákonmi dedičnosti, je zdedená iba polovicou potomstva každej generácie. To zachováva frekvenciu tejto genetickej modifikácie alebo zvláštnosti v populácii komárov.

Génové pohony sú dedené o viac ako 50 percent potomstva. To im dáva schopnosť postupne zvyšovať frekvenciu zvláštnosti v priebehu nasledujúcich generácií, čo je výhodou oproti potenciálnemu použitiu iných komárov GM.

Etika zmeny divých populácií komárov

Navrhli sme génový disk, ktorý sa zameriava na gény plodnosti, ktoré sú nevyhnutné pre vývoj ženského komára. Keď sú tieto gény narušené, samica hmyzu nie je schopná uhryznúť alebo produkovať potomstvo.

Výhodou génových jednotiek je to, že môžeme zacieliť iba na Anopheles gambiae druh - jeden z primárnych vektorov, ktoré prenášajú chorobu v subsaharskej Afrike - bez toho, aby ovplyvnili tie, ktoré ju nemajú.

Keď sme testovali naše technológie v laboratóriu, boli sme schopní rozšíriť túto vlastnosť na 100 percent populácie komárov v klietkach. Dôsledkom produkcie normálnych samčích komárov a sterilných samíc bolo, že sme do šiestich mesiacov priviedli populáciu na nulu.

Je to prvýkrát, čo bola populácia potlačená použitím génového mechanizmu, hoci v laboratóriu.

Génová jednotka je rýchlo sa pohybujúca a výkonná genetická technológia. Schopnosť transformovať prirodzené populácie bez neustáleho ľudského zásahu ich robí ideálnymi na doplnenie súčasných nástrojov a metód používaných na boj proti infekčným chorobám a na zníženie ich ekonomickej a ekologickej záťaže.

Napriek tomu, že potlačenie populácií komárov v klietkach v laboratóriu je významným medzníkom, skutočné uvoľnenie génu v teréne je v budúcnosti aspoň desaťročie.

Vzhľadom k tomu, že sa môžu šíriť na vlastnú päsť a v potenciálne veľkých zemepisných oblastiach, táto technológia vyvoláva potenciálne etické obavy z ich používania. Napríklad, kto rozhoduje, kedy sa génový disk uvoľní, ak sa nedosiahne úplný konsenzus od komunít, ktorých sa to týka? Tieto otázky sú široko diskutované vedcami, etikmi, regulátormi a tými, ktorí môžu byť ovplyvnení používaním technológie pohonu génov.

Vedecká komunita však urobila veľký pokrok v súvislosti s potenciálnymi metódami ochrany technológie vrátane potenciálu pre návrhy, ktoré by obmedzili ich šírenie. Konečné rozhodnutie o tom, či sa génový disk môže uvoľniť vo voľnej prírode, sa musí urobiť so súhlasom postihnutých krajín a konkrétnejšie komunít, ktoré s týmito chorobami žijú každý deň.

Tento článok bol pôvodne uverejnený na Konverzácii Andrea Crisanti a Kyros Kyrou. Prečítajte si pôvodný článok.