Što su genski pogoni? Kako se znanstvenici bore protiv smrtonosnih komaraca

Što je najsmrtonosnija životinja na zemlji? To je pitanje koje podsjeća na zastrašujuće lavove, tigrove, morske pse i krokodile. Ali odgovor je životinja koja nije dulja od 1 centimetra.

Nekoliko vrsta komaraca, od tisuća koje naseljavaju različita okruženja, najsmrtonosnije su životinje na zemlji. Anofeles Samo komarci prenose malariju preko ugriza i godišnje zaraze više od 200 milijuna ljudi, a odgovorni su za 400.000 smrtnih slučajeva godišnje, od čega je 70% djece mlađe od 5 godina.

Ostale vrste komaraca također prenose bolesti - denga, zapadni Nil i Zika - kroz njihov zagriz.

Mi smo genetičari na Imperial Collegeu u Londonu koji se fokusiraju na komarce i njegovu ulogu kao vektora bolesti. Već više od 20 godina usredotočili smo se na razvoj genetski manipuliranih komaraca. To je zato što nas je desetljeća kontrole malarije naučilo da je najučinkovitija strategija za sprečavanje malarije kontrola nad komarcima. Godine istraživanja dovele su do razvoja ultimativnog i sofisticiranog genetskog alata koji se zove "pogon gena". Kada se pravilno konstruira, može eliminirati populacije komaraca smještenih u kavezima u laboratoriju.

Vidi također: Kako milijuni parazitskih mosquita podižu roboti mogu se boriti protiv Zike

Svaki dan se borimo protiv bolesti protiv komaraca

Samo ženke komaraca grizu ljude. Piju ljudsku krv kako bi skupili hranjive tvari za proizvodnju svojih jaja. Ako je ženski komar zaražen virusom ili parazitom, prenijet će infekciju na ujedenu osobu. Kasnije, ako nezaraženi komarac ujede novo zaraženog čovjeka, on će pokupiti mikroorganizam i on će također moći širiti bolest na druge pojedince.

Za bolest poput malarije, koja predstavlja prijetnju za gotovo polovicu svjetske populacije, inicijative za javno zdravstvo koristile su različite metode za ciljanje samog parazita malarije, poput cjepiva i lijekova. Ostale metode - uključujući pesticide, fumigaciju, mreže za spavanje i uklanjanje staništa komaraca - nastoje smanjiti ili kontakt s komarcima ili broj komaraca. Ali vjerujemo da je ciljanje komaraca najučinkovitiji način za smanjenje slučajeva malarije u svijetu.

Sada u Africi, gdje je najveće opterećenje malarijom, prskanje insekticida u zatvorenim prostorima i spavanje pod insekticidom prekrivenim mrežama, najučinkovitiji su načini za brzo smanjenje prijenosa malarije. Ove mjere kontrole i intervencije pomogli su dramatično smanjiti opterećenje malarijom na mnogim mjestima. Od 2010. godine smrtnost uzrokovana malarijom pala je za 35 posto kod djece mlađe od 5 godina.

Te metode, međutim, nisu održive i potrebno ih je provesti u velikom opsegu kako bi dostigli svoj puni potencijal. To je postalo očigledno između 2014. i 2016. godine, što je prvi put od 2010. godine u kojem su se slučajevi malarije povećali, čime je narušen trend opadanja uočen tijekom prethodnih godina. Komarci razvijaju otpornost na antimalarijske lijekove i insekticide, a ponestaje nam opcija i vremena.

Novi pristup

Da bi se postiglo iskorjenjivanje malarije, istraživači javnog zdravstva moraju nadograditi naš arsenal. Da bismo krenuli prema ovom cilju, mi, laboratorij Crisanti ovdje na Imperial Collegeu, radimo na planu da upravo to učinimo.

Nedavno je razvijena tehnologija koja se zove CRISPR i koja omogućuje znanstvenicima veliku učinkovitost u uređivanju DNK. Istraživači diljem svijeta koriste CRISPR za modificiranje DNA komaraca s ciljem uklanjanja bolesti koje se prenose komarcima, kao što je malarija. U našem laboratoriju razvili smo možda najnapredniju tehnologiju koju smo ikada predložili. To se naziva "pogon gena". Ovaj tip genetske modifikacije ima sposobnost širenja osobina u divljoj populaciji, nadjačavajući klasične zakone nasljednosti.

DNK koja se prenosi od jednog roditelja, iz jedne generacije u drugu putem klasičnih zakona nasljednosti, nasljeđuje samo polovica potomaka svake generacije. To zadržava učestalost te genetske modifikacije ili osobine u populaciji komaraca.

Pogoni gena su naslijedili više od 50 posto potomstva. To im daje mogućnost da postupno povećavaju učestalost osobina u sljedećim generacijama, što je prednost u odnosu na potencijalno korištenje drugih GM komaraca.

Etika mijenjanja populacija divljih komaraca

Osmislili smo pogon gena koji je usmjeren na gene plodnosti koji su neophodni za razvoj ženskog komarca. Kada su ti geni poremećeni, ženski kukac ne može ugriziti niti proizvesti potomstvo.

Prednost genskih pogona je u tome što možemo ciljati samo na Anopheles gambiae vrsta - jedan od primarnih vektora koji nose bolest u podsaharskoj Africi - bez utjecaja na one koji to ne čine.

Kada smo testirali našu tehnologiju u laboratoriju, uspjeli smo proširiti ovu osobinu na 100 posto populacije komaraca u kavezima. Posljedica proizvodnje normalnih muških komaraca i sterilnih ženki bila je ta da smo populaciju spustili na nulu u roku od šest mjeseci.

Ovo je prvi put da je populacija potisnuta pomoću genskog pogona, iako u laboratoriju.

Gene drive je brz i snažan genetska tehnologija. Sposobnost transformacije prirodnih populacija bez stalne ljudske intervencije, čini ih idealnim za nadopunu postojećih alata i metoda koje se koriste u borbi protiv zaraznih bolesti, te smanjuju njihov ekonomski i ekološki teret.

Iako je suzbijanje populacije komaraca u kavezima u laboratoriju značajna postignuća, stvarno oslobađanje genskog pogona u budućnosti je barem desetljeće.

Budući da se mogu širiti samostalno, i preko potencijalno velikih zemljopisnih područja, tehnologija otvara potencijalne etičke brige oko njihove uporabe. Primjerice, tko odlučuje kada se oslobađa genski pogon ako se ne postigne potpuni konsenzus zajednica pogođenih time? O tim pitanjima široko se raspravljaju znanstvenici, etičari, regulatori i oni na koje može utjecati tehnologija gena.

Ipak, znanstvena zajednica postigla je veliki napredak u pogledu potencijalnih metoda za očuvanje tehnologije, uključujući potencijal za dizajne koji bi ograničili njihovo širenje. Konačna odluka o tome može li se genski pogon izdati u divljini mora se donijeti uz pristanak pogođenih zemalja, odnosno zajednica koje svakodnevno žive s tim bolestima.

Ovaj članak je izvorno objavljen na Razgovor Andrea Crisanti i Kyros Kyrou. Pročitajte izvorni članak ovdje.