Какви са генните устройства? Как учените се борят срещу смъртоносните комари

Какво е най-смъртоносното животно на земята? Това е въпрос, който напомня за страховитите лъвове, тигри, акули и крокодили. Но отговорът е животно, което не е по-дълго от 1 сантиметър.

Няколко вида комари, от хилядите, които населяват различни среди, са най-смъртоносните животни на земята. анофлес Само комарите предават маларията чрез ухапване и ежегодно заразяват повече от 200 милиона души и са отговорни за 400 000 смъртни случая годишно, от които 70% са деца под 5-годишна възраст.

Други видове комари също предават болести - денга, западен Нил и Зика - чрез ухапване.

Ние сме генетици в Imperial College в Лондон, които се фокусират върху комара и неговата роля като вектор на болестта. Повече от 20 години ние се фокусирахме върху развитието на генетично манипулирани комари. Това е така, защото десетилетия контрол на маларията ни научи, че най-ефективната стратегия за предотвратяване на маларията е да контролираме самия комар. Годините изследвания са довели до разработването на най-добрия и усъвършенстван генетичен инструмент, наречен "генно задвижване". Когато е правилно проектиран, той може да елиминира популациите от комари, настанени в клетки в лабораторията.

Виж също: Как милиони паразитни риби, повдигнати от роботи могат да се борят с Зика

Ние се борим с болестите, причинени от комари всеки ден

Само женски комари хапят хората. Те пият човешка кръв, за да събират хранителни вещества, за да произвеждат яйцата си. Ако женският комар е заразен с вирус или паразит, той ще пренесе инфекцията върху ухапаното лице. По-късно, ако незаразеният комар ухапе новозаразения човек, той ще вземе микроорганизма и той също ще може да разпространи болестта до други индивиди.

За болест като малария, която представлява заплаха за почти половината от населението на света, инициативите в областта на общественото здраве използват различни методи за насочване на самия малариен паразит, като ваксини и лекарства. Други методи - включително пестициди, фумигация, мрежи за легло и премахване на местообитанията на комари - се стремят да намалят или контакта с комарите, или броя им. Но ние вярваме, че насочването към комарите е най-ефективният начин за намаляване на случаите на малария по целия свят.

Сега в Африка, където тежестта на маларията е най-висока, пръскането на инсектицид на закрито и спянето под инсектицидни мрежи, са най-ефективните начини за бързо намаляване на предаването на малария. Тези мерки за контрол и интервенциите помогнаха драстично да се намали бремето на маларията на много места. От 2010 г. смъртността, причинена от малария, е намаляла с 35% сред децата под 5-годишна възраст.

Тези методи обаче не са устойчиви и трябва да се прилагат в голям мащаб, за да достигнат пълния си потенциал. Това стана очевидно между 2014 г. и 2016 г., което отбеляза за първи път от 2010 г. насам, в които случаите на малария са се увеличили, нарушавайки тенденцията на спад, наблюдавана през предходните години. Комарите развиват резистентност към антималарийни лекарства и инсектициди, а ние изчерпваме възможностите и времето.

Нов подход

За да се постигне ликвидиране на маларията, изследователите в областта на общественото здраве трябва да подобрят нашия арсенал. За да се придвижим към тази цел, ние, лабораторията Crisanti тук в Imperial College, работим по план да направим точно това.

Наскоро бе разработена технология, наречена CRISPR, която позволява на учените да редактират ДНК с голяма ефективност. Изследователи от целия свят използват CRISPR за модифициране на ДНК от комари с цел елиминиране на заболявания, пренасяни от комари, като малария. В нашата лаборатория разработихме възможно най-напредналата употреба на предлаганата технология. Този тип генетична модификация има способността да разпространява черта в дивата популация, като надделява над класическите закони на наследствеността.

ДНК, която се предава от един родител, от едно поколение на друго чрез класическите закони на наследствеността, се наследява само от половината от потомството на всяко поколение. Това запазва честотата на тази генетична модификация или черта в популацията от комари.

Генните механизми се наследяват от повече от 50% от потомството. Това им дава възможност постепенно да увеличават честотата на една черта през следващите поколения, което е предимство пред потенциалното използване на други генетично модифицирани комари.

Етика на промяната в популациите на дивия комар

Разработили сме генно задвижване, което е насочено към гените на плодовитостта, които са от съществено значение за развитието на женския комар. Когато тези гени са нарушени, женското насекомо не е в състояние да ухапа или да произведе потомство.

Предимството на генните задвижвания е, че можем да се насочим само към Anopheles gambiae видове - един от основните вектори, които пренасят болестта в Африка на юг от Сахара - без да засягат тези, които не го правят.

Когато тествахме нашата технология в лабораторията, успяхме да разпространим тази черта до 100% от населението на комарите в клетките. Последицата от производството на нормални мъжки комари и стерилни женски е, че в рамките на шест месеца довеждаме населението до нула.

Това е първият път, когато населението е потиснато с помощта на генно задвижване, макар и в лабораторията.

Джийнът е бърза и мощна генетична технология. Способността да трансформира естествените популации без постоянна човешка намеса ги прави идеални за допълване на настоящите инструменти и методи, използвани за борба с инфекциозните болести, и за намаляване на икономическата и екологичната тежест.

Въпреки че потискането на популациите на комари в клетките в лабораторията е забележително постижение, реалното освобождаване на генно задвижване е най-малкото десетилетие в бъдеще.

Тъй като те могат да се разпространяват сами и над потенциално големи географски райони, технологията поражда потенциални етични опасения относно тяхното използване. Например, кой решава кога генетичното устройство се освобождава, ако не се постигне пълен консенсус от засегнатите от него общности? Тези въпроси са широко обсъждани от учени, етици, регулатори и онези, които могат да бъдат засегнати от използването на технологията за генно задвижване.

Въпреки това, научната общност е постигнала голям напредък по отношение на потенциалните методи за опазване на технологията, включително потенциала за проекти, които биха ограничили тяхното разпространение. Окончателното решение дали генното устройство може да бъде освободено в дивата природа трябва да бъде взето със съгласието на засегнатите страни и по-специално на общностите, които живеят с тези болести всеки ден.

Тази статия първоначално е била публикувана на разговор от Андреа Крисанти и Кирос Киру. Прочетете оригиналната статия тук.