Генетична модифікація запобігає поширенню малярії комарами

Комарі щороку вбивають більше людей, ніж будь-яка інша тварина. У 2023 році ці кровоссальні комахи заразили малярією приблизно 263 мільйони людей, що призвело до майже 600 000 смертей, 80% з яких були дітьми.

Нещодавні зусилля щодо зупинення передачі малярії зайшли в глухий кут, оскільки комарі виробили стійкість до інсектицидів, а паразити, що викликають малярію, стали стійкими до ліків. Ці невдачі посилилися пандемією COVID-19, яка ускладнила поточні зусилля з боротьби з малярією.

Тепер дослідники з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго, Університету Джонса Гопкінса, Каліфорнійського університету в Берклі та Університету Сан-Паулу розробили новий метод, який генетично блокує здатність комарів передавати малярію.

Біологи Чжицянь Лі та Ітан Бір з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго, а також Юемей Донг та Джордж Дімопулос з Університету Джонса Гопкінса створили систему редагування генів на основі CRISPR, яка змінює одну молекулу в тілі комара — крихітна, але ефективна зміна, яка зупиняє передачу малярійного паразита. Генетично модифіковані комарі все ще можуть кусати інфікованих людей і підхоплювати паразита з їхньої крові, але вони більше не можуть передавати його іншим людям. Нова система розроблена для генетичного поширення ознаки стійкості до малярії, доки цілі популяції цих комах більше не будуть носіями паразита.

«Зміна однієї амінокислоти в комарі на іншу, що зустрічається в природі, що перешкоджає зараженню малярійним паразитом, і поширення цієї корисної мутації по всій популяції комарів — це справжній прорив», — сказав Бір, професор кафедри клітинної та розвитку біології в Школі біологічних наук Каліфорнійського університету в Сан-Дієго. «Важко повірити, що така невелика зміна може мати такий разючий ефект».

Нова система використовує CRISPR-Cas9 як «генетичні ножиці» та спрямовує РНК, щоб зробити розріз у точній ділянці геному комара. Потім вона замінює небажану амінокислоту, яка сприяє передачі малярії, корисною, яка перешкоджає цьому процесу.

Система націлена на ген, що кодує білок, відомий як FREP1. Цей білок допомагає комарам розвиватися та харчуватися кров’ю під час укусів. Нова система замінює амінокислоту L224 у FREP1 іншим алелем, Q224. Паразити використовують L224, щоб дістатися до слинних залоз комахи, де вони готуються до зараження нового хазяїна.

Дімопулос, професор кафедри молекулярної мікробіології та імунології та член Науково-дослідного інституту малярії Школи громадського здоров'я Блумберга Університету Джонса Гопкінса, та його лабораторія протестували штами комарів Anopheles stephensi, основного переносника малярії в Азії. Вони виявили, що заміна L224 на Q224 ефективно блокує потрапляння двох різних типів малярійних паразитів у слинні залози, тим самим запобігаючи інфекції.

«Перевагою цього підходу є те, що ми використовуємо природний алель гена комара. За допомогою однієї точної зміни ми перетворюємо його на потужний щит, який блокує кілька видів малярійних паразитів — і, ймовірно, у різних популяціях і видах комарів. Це відкриває шлях до адаптивних стратегій боротьби з хворобами в реальному світі», —
сказав Джордж Дімопулос.

У подальших тестах дослідники виявили, що хоча генетична зміна запобігла зараженню організму паразитом, ріст і розмноження комарів не змінилися. Комарі з новою версією Q224 були такими ж життєздатними, як і комарі з оригінальною амінокислотою L224 — важливе досягнення, враховуючи, що білок FREP1 відіграє важливу роль у біології комарів, незалежно від його ролі в передачі малярії.

Подібно до системи «генного драйву», дослідники розробили метод, який дозволяє потомству комарів успадковувати алель Q224 та поширювати його по всій популяції, тим самим зупиняючи передачу малярійних паразитів. Ця нова система «алельного драйву» є аналогічною системою, нещодавно розробленою в лабораторії Біра, яка генетично змінює стійкість до інсектицидів у сільськогосподарських шкідників.

«У попередньому дослідженні ми створили самотермінуючий драйв, який повертає популяцію плодових мушок від стійкості до інсектицидів назад до сприйнятливості. Потім цей елемент генетичної касети просто зникає, залишаючи лише «дику» популяцію», – пояснив Бір. «Подібна система-привид може перетворити популяції комарів на носіїв стійкого до паразитів варіанта FREP1Q».

Хоча дослідники показали, що заміна L224 на Q224 є ефективною, вони ще не до кінця розуміють, чому ця зміна працює так ефективно. Тривають подальші дослідження, щоб точно визначити, як амінокислота Q224 блокує шлях проникнення паразита.

«Цей прорив є результатом бездоганної командної роботи та інновацій у наукових установах», – додав Дімопулос. «Разом ми використали власні генетичні інструменти природи, щоб перетворити комарів на союзників у боротьбі з малярією».

Дослідження було опубліковано в журналі Nature.