Генетска модификација спречава комарце да шире маларију

Комарци сваке године убијају више људи него било која друга животиња. У 2023. години, ови инсекти који сишу крв заразили су процењених 263 милиона људи маларијом, што је довело до скоро 600.000 смртних случајева, од којих је 80% било деце.

Недавни напори да се заустави преношење маларије су застали јер су комарци развили отпорност на инсектициде, а паразити који изазивају маларију су постали отпорни на лекове. Ове застоје је погоршала пандемија COVID-19, која је закомпликовала текуће напоре за контролу маларије.

Сада су истраживачи са Универзитета Калифорније у Сан Дијегу, Универзитета Џонс Хопкинс, Калифорнијског универзитета у Берклију и Универзитета у Сао Паулу развили нову методу која генетски блокира способност комараца да преносе маларију.

Биолози Жићијан Ли и Итан Бир са Калифорнијског универзитета у Сан Дијегу, и Јуемеј Донг и Џорџ Димопулос са Универзитета Џонс Хопкинс, креирали су систем за уређивање гена заснован на CRISPR-у који мења један молекул у телу комарца - ситну, али ефикасну промену која зауставља пренос паразита маларије. Генетски модификовани комарци и даље могу да уједу заражене људе и покупе паразита из њихове крви, али га више не могу преносити на друге људе. Нови систем је дизајниран да генетски шири особину отпорности на маларију све док целе популације ових инсеката више не буду носиоци паразита.

„Промена једне аминокиселине код комарца у другу, природно присутну, која омета инфекцију паразитом маларије – и ширење те корисне мутације кроз популацију комараца – представља прави пробој“, рекао је Бир, професор на одељењу за ћелијску и развојну биологију на Школи биолошких наука Калифорнијског универзитета у Сан Дијегу. „Тешко је поверовати да тако мала промена може имати тако драматичан ефекат.“

Нови систем користи CRISPR-Cas9 као „генетске маказе“ и води РНК да направи рез у прецизном региону генома комараца. Затим замењује нежељену аминокиселину која олакшава пренос маларије корисном која омета тај процес.

Систем циља ген који кодира протеин познат као FREP1. Овај протеин помаже комарцима да се развијају и хране крвљу када уједу. Нови систем замењује аминокиселину L224 у FREP1 другим алелом, Q224. Паразити користе L224 да би дошли до пљувачних жлезда инсекта, где се припремају да инфицирају новог домаћина.

Димопулос, професор на Одељењу за молекуларну микробиологију и имунологију и члан Института за истраживање маларије Школе јавног здравља „Џонс Хопкинс Блумберг“, и његова лабораторија тестирали су сојеве комараца Anopheles stephensi, главног вектора маларије у Азији. Открили су да замена L224 са Q224 ефикасно блокира улазак две различите врсте маларијских паразита у пљувачне жлезде, чиме се спречава инфекција.

„Лепота овог приступа је у томе што користимо природни алел гена комараца. Једном прецизном променом претварамо га у моћан штит који блокира више врста паразита маларије – и вероватно у различитим популацијама и врстама комараца. Ово отвара врата прилагодљивим стратегијама за контролу болести у стварном свету“,
рекао је Џорџ Димопулос.

У каснијим тестовима, истраживачи су открили да, иако је генетска промена спречила паразита да зарази тело, раст и размножавање комараца нису били погођени. Комарци са новом верзијом Q224 били су подједнако одрживи као и комарци са оригиналном аминокиселином L224 – што је важно достигнуће, с обзиром на то да протеин FREP1 игра важну улогу у биологији комараца, независно од његове улоге у преношењу маларије.

Слично систему „генског погона“, истраживачи су развили метод који омогућава потомству комараца да наследи алел Q224 и прошири га по популацији, чиме се зауставља пренос паразита маларије. Овај нови систем „алелског погона“ прати сличан систем недавно развијен у Бировој лабораторији који генетски обрће отпорност на инсектициде код пољопривредних штеточина.

„У тој претходној студији, створили смо самоуништавајући погон који враћа популацију воћних мушица са отпорности на инсектициде назад на осетљивост. Затим тај генетски елемент касете једноставно нестаје, остављајући само 'дивљу' популацију“, објаснио је Бир. „Сличан систем духова могао би да претвори популације комараца да носе варијанту FREP1Q отпорну на паразите.“

Иако су истраживачи показали да је замена L224 са Q224 ефикасна, они још увек не разумеју у потпуности зашто ова промена функционише тако ефикасно. Даља истраживања су у току како би се утврдило тачно како аминокиселина Q224 блокира пут уласка паразита.

„Овај пробој је резултат беспрекорног тимског рада и иновација у научним институцијама“, додао је Димопулос. „Заједно смо користили природне генетске алате како бисмо комарце претворили у савезнике у борби против маларије.“

Студија је објављена у часопису Nature.