Вчені створили комарів, стійких до малярії, за допомогою CRISPR

Команда вчених з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго та університету Джонса Гопкінса розробила новий підхід до боротьби з малярією, використовуючи технологію генного редагування CRISPR-Cas9. Дослідники створили комарів, які є стійкими до зараження малярійними паразитами, завдяки вставці природного варіанта гена.

Малярія залишається однією з найсерйозніших проблем охорони здоров'я у світі. Незважаючи на розробку різноманітних підходів від інсектицидів до вакцин, науковці досі не знайшли широко ефективної стратегії боротьби з цією хворобою. Комарі розвивають стійкість до інсектицидів, а паразити Plasmodium, які вони переносять, стають стійкими до ліків. Через це кількість випадків малярії продовжує зростати, забираючи сотні тисяч життів щороку.

Результати нового дослідження, опубліковані в журналі Nature, описують так званий фантомний алельний драйв у комарів, який може зникнути після того, як припинить їхнє поширення хвороби серед людей. На відміну від попередніх досліджень, які використовували CRISPR-Cas9 для створення генних драйвів з метою зменшення популяції комарів або запобігання їхньому зараженню паразитами Plasmodium, команда під керівництвом біолога розвитку Ітана Біра з Каліфорнійського університету обрала дещо інший підхід.

Біологи вирішили змінити структуру існуючої популяції комарів таким чином, щоб вона несла природний варіант, який робить комарів нездатними до передачі малярії. Для створення стійких до малярії комарів команда використала ключовий білок, який діє як вузьке місце в процесі зараження Plasmodium.

Білок, пов'язаний з фібриногеном 1, кодований геном FREP1, має важливі фізіологічні функції у комарів і необхідний для їхнього виживання. Він також відіграє вирішальну роль у дозволі паразитам подорожувати через епітелій кишечника комара до їхніх слинних залоз, звідки вони можуть передаватися людям. Попереднє дослідження асоціації по всьому геному виявило природний варіант FREP1, який робить комарів Anopheles stephensi непридатними переносниками для Plasmodium.

Команда Біра використала CRISPR-Cas9 для створення популяції комарів, які несуть цей варіант. Дослідники створили ізогенні штами комарів, один з яких мав дозвільний варіант гена FREP1, так званий алель L224, який є найпоширенішим, а інший мав природний варіант Q224.

Ця невелика різниця — зміна однієї амінокислоти з лейцину на глутамін у позиції 244 у результуючому білку — мала глибокий вплив на комарів. Коли дослідники спробували заразити комарів Plasmodium falciparum, високолетальним штамом, який домінує в малярійних інфекціях в Африці, вони спостерігали, що комарі, які несуть алель FREP1Q224, були майже повністю стійкими до зараження.

Варіант блокував паразитів від подорожі до середньої кишки, не впливаючи на загальну придатність комарів. Але він також мав ще одну, дещо несподівану перевагу в подальших експериментах: він також блокував зараження від Plasmodium vivax, який переважно зустрічається в Південно-Східній Азії, але лише віддалено пов'язаний з P. falciparum.

Далі команда використала CRISPR-Cas9 для створення системи, подібної до генного драйву, яка б упереджувала успадкування алеля FREP1Q224 у більших популяціях комарів, надаючи широкомасштабну стійкість до паразитів Plasmodium. Команда раніше використовувала цей підхід для повернення плодових мушок до дикого стану, скасовуючи їхню стійкість до пестицидів.

Хоча традиційний генний драйв зазвичай включає вставку цілого гена і буде зберігатися довгостроково в популяції, фантомний алельний драйв команди змінює лише один алель гена і може бути збережений або усунений з популяції залежно від довгострокових потреб. Біер зазначив, що цей підхід обходить ризики, пов'язані з технологіями генних драйвів, такі як довгострокова стійкість цих драйвів у диких популяціях і ймовірність виникнення мутацій.

Можна вставити касету в ген, де вона спричиняє витрати на придатність, і коли це робиться, з часом вона зникає. Це означає, що касета не буде продовжувати поширюватися, але протягом періоду часу, коли вона присутня, вона може чинити свій вплив і дивовижно ефективно.

Біер зауважив, що цей новий підхід не є самостійним заходом, але буде найуспішнішим при застосуванні поряд з іншими стратегіями запобігання малярії, включаючи пригнічення популяції комарів. Ідея полягає в тому, щоб використовувати їх у поєднанні з тим, що існує з точки зору стандартних механізмів контролю переносників, і мати весь цей пакет, який, сподіваємося, працюватиме разом у спільний, кооперативний спосіб для вирішення цієї жахливої проблеми.

Мачей Маселько, який вивчає генну інженерію комарів в університеті Маккуорі і не брав участі в дослідженні, був в захваті від результатів. Ці висновки забезпечують перспективний шлях до модифікації диких популяцій комарів, щоб допомогти в боротьбі проти малярії. Він додав, що сподівається побачити цю технологію впровадженою в польових випробуваннях найближчим часом. Такі потенційно економічно ефективні втручання терміново потрібні, особливо в час, коли фінансування глобального громадського здоров'я зменшується.

Новий підхід представляє значний крок вперед у боротьбі з малярією, пропонуючи більш контрольований і потенційно безпечніший метод модифікації популяцій комарів порівняно з традиційними генними драйвами. Здатність системи зникати після виконання своєї функції адресує багато занепокоєнь щодо довгострокових екологічних наслідків генетично модифікованих організмів у дикій природі.