Kas ir gēnu diskus? Kā zinātnieki cīnās pret nāvīgiem moskītiem

Kāds ir nāvējošākais dzīvnieks uz zemes? Tas ir jautājums, kas atgādina biedējošos lauvas, tīģerus, haizivis un krokodilus. Bet atbilde ir dzīvnieks, kas nav garāks par 1 cm.

Daži moskītu sugas no tūkstošiem, kas apdzīvo dažādas vides, ir nāvējošākie dzīvnieki uz zemes. Anofēles odi vieni, pārraida malāriju caur viņu iekost un ik gadu inficē vairāk nekā 200 miljonus cilvēku, un viņi ir atbildīgi par 400 000 nāves gadījumu gadā, no kuriem 70 procenti ir bērni līdz 5 gadu vecumam.

Citas moskītu sugas arī pārnēsā slimības - dengu, rietumu Nīlu un Ziku - caur viņu iekost.

Mēs esam ģenētikas speciālisti Londonas Imperial koledžā, kas koncentrējas uz moskītu un tā kā slimības vektora lomu. Vairāk nekā 20 gadus mēs esam koncentrējušies uz ģenētiski manipulētu odu attīstību. Tas ir tāpēc, ka gadu desmitiem ilgā malārijas kontrole mums ir iemācījusi, ka visefektīvākā stratēģija malārijas novēršanai ir paša moskītu kontrole. Pētījumu gadi ir noveduši pie gala un izsmalcinātā ģenētiskā instrumenta, ko sauc par „gēnu piedziņu”, attīstību. Ja to pareizi projektē, tā var novērst odu populācijas, kas atrodas būros būros.

Skatiet arī: Kā roboti var cīnīties ar miljoniem parazītu-riddētu moskītu?

Mēs katru dienu cīnāmies ar čūlu slimībām

Tikai sievietes odi iekost cilvēkus. Viņi dzer cilvēka asinis, lai savāktu barības vielas, lai ražotu olas. Ja sievietes moskīts ir inficēts ar vīrusu vai parazītu, tas pārnēsā infekciju uz sakosto personu. Vēlāk, ja neinficēts moskīts iekaro jauni inficētos cilvēkus, tas paņems mikroorganismu, un tas arī varēs izplatīt slimību citām personām.

Attiecībā uz tādu slimību kā malārija, kas apdraud gandrīz pusi pasaules iedzīvotāju, sabiedrības veselības iniciatīvas ir izmantojušas dažādas metodes malārijas parazīta mērķa sasniegšanai, piemēram, vakcīnām un narkotikām. Citas metodes, tostarp pesticīdi, fumigācija, gultas tīkli un odu biotopu izņemšana, cenšas samazināt kontaktu ar odiem vai to skaitu. Taču mēs uzskatām, ka moskītu mērķēšana ir visefektīvākais veids, kā visā pasaulē samazināt malārijas gadījumus.

Tagad Āfrikā, kur malārijas slogs ir vislielākais, apsmidzinot insekticīdu iekštelpās un guļot ar insekticīdiem piesūcinātiem gultas tīkliem, ir visefektīvākais veids, kā ātri samazināt malārijas transmisiju. Šie kontroles pasākumi un iejaukšanās ir palīdzējuši ievērojami samazināt malārijas slogu daudzās vietās. Kopš 2010. gada mirstības rādītāji, ko izraisa malārija, ir samazinājušies par 35 procentiem bērniem līdz 5 gadu vecumam.

Tomēr šīs metodes nav ilgtspējīgas, un tās ir jāīsteno plašā mērogā, lai sasniegtu pilnu potenciālu. Tas kļuva skaidrs laika posmā no 2014. līdz 2016. gadam, kas pirmo reizi parādījās kopš 2010. gada, kad malārijas gadījumi ir palielinājušies, pārkāpjot iepriekšējos gados novēroto tendenci. Odi ir attīstījušies rezistence pret pretmalārijas zālēm un insekticīdiem, un mums ir daudz iespēju un laika.

Jauna pieeja

Lai sasniegtu malārijas izskaušanu, sabiedrības veselības pētniekiem ir jāuzlabo mūsu arsenāls. Lai virzītos uz šo mērķi, mēs, Crisanti laboratorija šeit Imperial koledžā, esam strādājuši ar plānu to darīt.

Nesen tika izstrādāta tehnoloģija CRISPR, kas ļauj zinātniekiem rediģēt DNS ar lielu efektivitāti. Pētnieki visā pasaulē izmanto CRISPR, lai modificētu odu DNS ar mērķi novērst slimības, kas saistītas ar moskītu, piemēram, malāriju. Mūsu laboratorijā mēs esam izstrādājuši to, kas, iespējams, ir vismodernākā jebkad piedāvāto tehnoloģiju izmantošana. To sauc par "gēnu piedziņu". Šāda veida ģenētiskā modifikācija spēj izplatīt iezīmi savvaļas populācijā, pārvarot klasiskos iedzimtības likumus.

DNS, kas tiek pārraidīta no viena vecāka, no paaudzes paaudzē, izmantojot klasiskos iedzimtības likumus, pārmanto tikai puse no katras paaudzes pēcnācējiem. Tas saglabā šo ģenētisko modifikāciju vai iezīmju biežumu odu populācijā.

Gēnu diskus pārmanto vairāk nekā 50 procenti pēcnācēju. Tas dod viņiem iespēju pakāpeniski paaugstināt pazīmes biežumu nākamajās paaudzēs, kas ir priekšrocība salīdzinājumā ar citu ĢM moskītu iespējamo izmantošanu.

Savvaļas moskītu populāciju maiņas ētika

Mēs esam izstrādājuši gēnu disku, kas vērsts uz auglības gēniem, kas ir būtiski sieviešu moskītu attīstībai. Kad šie gēni tiek pārtraukti, sievietes kukaiņi nespēj iekost vai radīt pēcnācējus.

Gēnu piedziņu priekšrocība ir tā, ka mēs varam mērķēt tikai Anopheles gambiae suga - viens no primārajiem vektoriem, kas pārnēsā slimību Subsahāras Āfrikā, neietekmējot tos, kas to nedara.

Kad mēs pārbaudījām savas tehnoloģijas laboratorijā, mēs varējām izplatīt šo iezīmi 100% no odu populācijas būros. Parastu vīriešu odu un sterilu mātīšu radīšanas sekas bija tādas, ka mēs sešu mēnešu laikā nogādājām iedzīvotājus līdz nullei.

Šī ir pirmā reize, kad populācija ir nomākta, izmantojot gēnu disku, lai gan laboratorijā.

Gēnu piedziņa ir strauji mainīga un spēcīga ģenētiskā tehnoloģija. Spēja pārveidot dabiskās populācijas bez pastāvīgas cilvēka iejaukšanās, padara tās ideāli piemērotas esošajiem instrumentiem un metodēm, ko izmanto, lai cīnītos pret infekcijas slimībām, un samazinātu to ekonomisko un ekoloģisko slogu.

Lai gan būrīšu moskītu populāciju apspiešana laboratorijā ir svarīgs sasniegums, nākotnē gēnu piedziņas faktiskā atbrīvošana no lauka ir vismaz desmit gadus tālu.

Tā kā tehnoloģija var izplatīties patstāvīgi un, iespējams, lielos ģeogrāfiskos apgabalos, tehnoloģija rada potenciālas ētiskas bažas par to izmantošanu. Piemēram, kurš izlemj, kad gēnu disks tiek atbrīvots, ja netiek panākta pilnīga vienprātība no kopienām, kuras skārusi tā? Šos jautājumus plaši apspriež zinātnieki, ētikas pārstāvji, regulatori un tie, kurus var ietekmēt gēnu piedziņas tehnoloģijas izmantošana.

Tomēr zinātnieku aprindas ir guvušas lielu progresu attiecībā uz iespējamām tehnoloģijām, tostarp potenciālu dizainu ierobežošanai, kas ierobežotu to izplatību. Galīgais lēmums par to, vai gēnu piedziņu var atbrīvot savvaļā, ir jāveic ar skarto valstu piekrišanu un konkrētāk ar kopienām, kas katru dienu dzīvo ar šīm slimībām.

Šis raksts sākotnēji tika publicēts Andrea Crisanti un Kyros Kyrou sarunā The Conversation. Lasiet oriģinālo rakstu šeit.