Kaj so genski pogoni? Kako se znanstveniki borijo proti smrtonosnim komarjem

Kaj je najbolj smrtonosna žival na zemlji? To je vprašanje, ki spominja na strašne leve, tigre, morske pse in krokodile. Toda odgovor je žival, ki ni daljša od 1 centimetra.

Nekaj ​​vrst komarjev, od tisočih, ki naseljujejo različna okolja, so najbolj smrtonosne živali na zemlji. Anopheles komarji sami prenašajo malarijo skozi ugriz in letno okužijo več kot 200 milijonov ljudi in so odgovorni za 400.000 smrtnih primerov na leto, od tega je 70 odstotkov otrok, mlajših od 5 let.

Druge vrste komarjev prenašajo tudi bolezni - dengue, zahodni Nil in Ziko - skozi njihov ugriz.

Smo genetiki na Imperial College v Londonu, ki se osredotočajo na komarje in njegovo vlogo kot vektor bolezni. Že več kot 20 let se osredotočamo na razvoj gensko spremenjenih komarjev. To je zato, ker nas je desetletja nadzora malarije naučilo, da je najučinkovitejša strategija za preprečevanje malarije nadzor nad komarjem samim. Dolgoletne raziskave so privedle do razvoja ultimativnega in prefinjenega genetskega orodja, imenovanega »genski pogon«. Ko je pravilno oblikovano, lahko odpravi populacije komarjev, nameščene v kletkah v laboratoriju.

Glej tudi: Kako lahko milijone parazitov, ki so jih zbrali Roboti, borijo z Ziko

Vsak dan se borimo proti boleznim proti komarjem

Samo ženske komarji grizajo ljudi. Pijejo človeško kri, da bi zbrali hranilne snovi za proizvodnjo svojih jajc. Če je ženska okužena z virusom ali parazitom, bo okužbo prenesla na ugrizno osebo. Kasneje, če neokuženi komar ugrizne novo okuženega človeka, bo pobral mikroorganizem in tudi on bo lahko širil bolezen na druge posameznike.

Za bolezen, kot je malarija, ki predstavlja grožnjo skoraj polovici svetovnega prebivalstva, so pobude za javno zdravje uporabljale različne metode za usmerjanje samega parazita proti malariji, kot so cepiva in zdravila. Druge metode - vključno s pesticidi, zaplinjevanje, postelje in odstranjevanje habitatov komarjev - si prizadevajo zmanjšati stik s komarji ali njihovo število. Vendar verjamemo, da je usmerjanje proti komarjem najučinkovitejši način za zmanjšanje primerov malarije po vsem svetu.

Zdaj v Afriki, kjer je breme malarije najvišje, so škropljenje insekticidov v zaprtih prostorih in spanje pod insekticidnimi mrežami postali najučinkovitejši način za hitro zmanjšanje prenosa malarije. Ti nadzorni ukrepi in posegi so na številnih mestih znatno zmanjšali breme malarije. Od leta 2010 se je stopnja umrljivosti zaradi malarije zmanjšala za 35 odstotkov pri otrocih, mlajših od 5 let.

Vendar te metode niso trajnostne in jih je treba izvajati v velikem obsegu, da bi dosegli svoj polni potencial. To je postalo očitno med letoma 2014 in 2016, ki je bilo prvič po letu 2010, ko so se primeri malarije povečali, kar je prekinilo trend upadanja, opaženo v preteklih letih. Komarji razvijajo odpornost proti antimalaričnim zdravilom in insekticidom, zmanjkuje pa nam možnosti in čas.

Nov pristop

Da bi dosegli izkoreninjenje malarije, morajo raziskovalci javnega zdravja nadgraditi naš arzenal. Da bi se premaknili k temu cilju, smo, laboratorij Crisanti tukaj na Imperial Collegeu, delali na načrtu za to.

V zadnjem času je bila razvita tehnologija, imenovana CRISPR, ki omogoča znanstvenikom, da uredijo DNK z veliko učinkovitostjo. Raziskovalci po vsem svetu uporabljajo CRISPR za spremembo DNK komarjev s ciljem odpraviti bolezni, ki jih prenašajo komarji, kot je malarija. V našem laboratoriju smo razvili, kaj je morda najbolj napredna uporaba tehnologije, ki je bila kdaj koli predlagana. Ta vrsta genetske modifikacije ima sposobnost širjenja lastnosti v divji populaciji, ki prevladuje nad klasičnimi zakoni dednosti.

DNA, ki se prenaša iz enega od staršev, iz ene generacije v drugo preko klasičnih zakonov dednosti, je podedovana le s polovico potomcev vsake generacije. To ohranja pogostnost genetske spremembe ali lastnosti v populaciji komarjev enako.

Pogone gena podedujejo več kot 50 odstotkov potomcev. To jim daje možnost, da postopoma povečujejo pogostost lastnosti v naslednjih generacijah, kar je prednost pred potencialno uporabo drugih GS komarjev.

Etika spreminjanja populacij divjih komarjev

Zasnovali smo genski pogon, ki je usmerjen v gene plodnosti, ki so bistveni za razvoj ženskega komarca. Ko so ti geni moteni, ženska žuželka ne more ugrizniti ali proizvajati potomcev.

Prednost genskih pogonov je, da lahko ciljamo samo na Anopheles gambiae vrsta - eden od primarnih vektorjev, ki prenašajo bolezen v podsaharski Afriki - brez vpliva na tiste, ki tega ne storijo.

Ko smo testirali našo tehnologijo v laboratoriju, smo lahko razširili to lastnost na 100 odstotkov populacije komarjev v kletkah. Posledica proizvodnje normalnih moških komarjev in sterilnih žensk je bila, da smo prebivalstvo v šestih mesecih znižali na nič.

To je prvič, da je bila populacija zatrta z uporabo gena, čeprav v laboratoriju.

Gene pogon je hitra in močna genetska tehnologija. Zmožnost preoblikovanja naravnih populacij brez stalnih človeških posegov je idealna za dopolnitev sedanjih orodij in metod, ki se uporabljajo za boj proti nalezljivim boleznim, ter zmanjšanje njihove gospodarske in ekološke obremenitve.

Čeprav je zatiranje populacij komarjev v kletkah v laboratoriju pomemben dosežek, je dejansko sproščanje genskega pogona v prihodnosti še vsaj desetletje.

Ker se lahko širijo samostojno in na potencialno velikih geografskih območjih, tehnologija povzroča potencialne etične pomisleke glede njihove uporabe. Na primer, kdo odloča, kdaj se sproži genski pogon, če se ne doseže popolno soglasje skupnosti, ki jih je prizadel? O teh vprašanjih veliko razpravljajo znanstveniki, etiki, regulativni organi in tisti, ki jih lahko prizadene uporaba tehnologije genskega pogona.

Kljub temu je znanstvena skupnost dosegla velik napredek glede možnih metod za zaščito tehnologije, vključno z možnostmi za modele, ki bi omejili njihovo širjenje. Končna odločitev o tem, ali se genski pogon lahko sprosti v naravi, je treba sprejeti s soglasjem prizadetih držav in natančneje skupnosti, ki vsak dan živijo s temi boleznimi.

Ta članek je bil prvotno objavljen na pogovoru Andrea Crisanti in Kyros Kyrou. Preberite izvirni članek tukaj.