Genetska modifikacija preprečuje širjenje malarije s strani komarjev

Komarji vsako leto ubijejo več ljudi kot katera koli druga žival. Leta 2023 so te krvosesne žuželke z malarijo okužile približno 263 milijonov ljudi, kar je povzročilo skoraj 600.000 smrti, od katerih jih je bilo 80 % otrok.

Nedavna prizadevanja za zaustavitev prenosa malarije so zastala, saj so komarji razvili odpornost na insekticide, paraziti, ki povzročajo malarijo, pa so postali odporni na zdravila. Te ovire je še poslabšala pandemija COVID-19, ki je otežila tekoča prizadevanja za nadzor malarije.

Raziskovalci z Univerze v Kaliforniji, San Diegu, Univerze Johns Hopkins, Univerze v Berkeleyju in Univerze v Sao Paulu so razvili novo metodo, ki genetsko blokira sposobnost komarjev za prenos malarije.

Biologa Zhiqian Li in Ethan Beer z Univerze v Kaliforniji, San Diego, ter Yuemei Dong in George Dimopoulos z Univerze Johns Hopkins so ustvarili sistem za urejanje genov, ki temelji na tehnologiji CRISPR in spremeni eno samo molekulo v telesu komarja – majhna, a učinkovita sprememba, ki ustavi prenos malarijskega parazita. Gensko spremenjeni komarji lahko še vedno pikajo okužene ljudi in se okužijo s parazitom iz njihove krvi, vendar ga ne morejo več prenašati na druge ljudi. Novi sistem je zasnovan tako, da gensko širi lastnost odpornosti proti malariji, dokler celotne populacije teh žuželk ne bodo več prenašale parazita.

»Sprememba ene aminokisline v komarju v drugo naravno prisotno aminokislino, ki preprečuje okužbo z malarijskim parazitom – in širjenje te koristne mutacije po celotni populaciji komarjev – je pravi preboj,« je dejal Bier, profesor na oddelku za celično in razvojno biologijo na Šoli za biološke znanosti Univerze v Kaliforniji, San Diego. »Težko je verjeti, da bi lahko tako majhna sprememba imela tako dramatičen učinek.«

Novi sistem uporablja CRISPR-Cas9 kot »genetske škarje« in usmerja RNK, da naredi rez v natančnem območju komarjevega genoma. Nato nadomesti neželeno aminokislino, ki olajša prenos malarije, s koristno, ki ovira ta proces.

Sistem cilja na gen, ki kodira protein, znan kot FREP1. Ta protein pomaga komarjem pri razvoju in hranjenju s krvjo, ko ugriznejo. Novi sistem nadomešča aminokislino L224 v genu FREP1 z drugačnim alelom, Q224. Paraziti uporabljajo L224, da pridejo do slinastih žlez žuželke, kjer se pripravijo na okužbo novega gostitelja.

Dimopoulos, profesor na oddelku za molekularno mikrobiologijo in imunologijo ter član Inštituta za raziskave malarije na šoli za javno zdravje Johns Hopkins Bloomberg, je skupaj s svojim laboratorijem testiral seve komarjev Anopheles stephensi, glavnega prenašalca malarije v Aziji. Ugotovili so, da zamenjava L224 s Q224 učinkovito blokira vstop dveh različnih vrst malarijskih parazitov v žleze slinavke in s tem preprečuje okužbo.

»Lepota tega pristopa je v tem, da uporabljamo naravno prisoten alel gena komarja. Z eno samo natančno spremembo ga spremenimo v močan ščit, ki blokira več vrst malarijskega parazita – in verjetno v različnih populacijah in vrstah komarjev. To odpira vrata prilagodljivim strategijam za nadzor bolezni v resničnem svetu,«
je dejal George Dimopoulos.

V nadaljnjih testih so raziskovalci ugotovili, da je genetska sprememba sicer preprečila okužbo telesa s strani parazita, vendar rast in razmnoževanje komarjev ni bilo prizadeto. Komarji z novo različico Q224 so bili enako sposobni preživetja kot komarji z originalno aminokislino L224 – pomemben dosežek, saj ima protein FREP1 pomembno vlogo v biologiji komarjev, neodvisno od njegove vloge pri prenosu malarije.

Podobno kot pri sistemu »genskega pogona« so raziskovalci razvili metodo, ki omogoča potomcem komarjev, da podedujejo alel Q224 in ga razširijo po vsej populaciji, s čimer ustavijo prenos malarijskih parazitov. Ta novi sistem »aleličnega pogona« sledi podobnemu sistemu, ki so ga nedavno razvili v Beerjevem laboratoriju in ki genetsko obrne odpornost na insekticide pri kmetijskih škodljivcih.

»V prejšnji študiji smo ustvarili samouničujoč pogon, ki populacijo sadnih mušic vrne iz odpornosti na insekticide nazaj v dovzetnost. Nato ta genetski element kasete preprosto izgine in ostane le 'divja' populacija,« je pojasnil Bier. »Podoben sistem duhov bi lahko populacije komarjev pretvoril v nosilce variante FREP1Q, odporne na parazite.«

Čeprav so raziskovalci pokazali, da je zamenjava L224 s Q224 učinkovita, še ne razumejo povsem, zakaj ta sprememba deluje tako učinkovito. Nadaljnje študije so v teku, da bi ugotovili, kako natančno aminokislina Q224 blokira pot vstopa parazita.

»Ta preboj je rezultat brezhibnega timskega dela in inovacij med znanstvenimi ustanovami,« je dodal Dimopoulos. »Skupaj smo uporabili naravna genetska orodja, da smo komarje spremenili v zaveznike v boju proti malariji.«

Študija je bila objavljena v reviji Nature.