Co jsou Gene pohony? Jak vědci bojují proti smrtícím komárům

Jaké je nejsmrtelnější zvíře na Zemi? Je to otázka, která na mysli vzbuzuje hrůzostrašné lvy, tygry, žraloky a krokodýly. Odpověď je však zvíře, které není delší než 1 centimetr.

Několik druhů komárů, z tisíců lidí, kteří obývají různá prostředí, jsou nejsmrtelnějšími zvířaty na Zemi. Anopheles pouze komáři, přenášejí malárii skusem a každoročně infikují více než 200 milionů lidí a jsou zodpovědní za 400 000 úmrtí ročně, z toho 70% jsou děti do 5 let.

Jiné druhy komárů také přenášejí nemoci - dengue, West Nile, a Zika - skrz jejich skus.

Jsme genetici na Imperial College v Londýně, kteří se zaměřují na komára a jeho úlohu jako vektor nemoci. Více než 20 let se zaměřujeme na vývoj geneticky manipulovaných komárů. To proto, že nás desetiletí kontroly malárie naučilo, že nejúčinnější strategií pro prevenci malárie je kontrola samotného komára. Roky výzkumu vedly k vývoji dokonalého a sofistikovaného genetického nástroje nazvaného „genová hnací síla“. Když je správně konstruován, může eliminovat populace komárů umístěných v klecích v laboratoři.

Viz také: Jak Miliony Parazitů-Ridden Mosquitů Vznesených Roboty Mohou Boj Zika

Každý den bojujeme proti chorobám způsobeným komáry

Jen ženské komáry kousají lidi. Pijí lidskou krev, aby shromáždili živiny, aby vyrobili vejce. Je-li samička komára nakažena virem nebo parazitem, předá infekci na pokořenou osobu. Později, pokud neinfikovaný komár kousne nově infikovaného člověka, zachytí mikroorganismus a bude také schopen šířit nemoc na jiné jedince.

V případě nemoci, jako je malárie, která je hrozbou pro téměř polovinu světové populace, iniciativy v oblasti veřejného zdraví použily různé metody k cílení na samotného parazita malárie, jako jsou vakcíny a léky. Další metody - včetně pesticidů, fumigace, sítě na nošení sítí a odstraňování stanovišť komárů - se snaží omezit kontakt s komáry nebo jejich počet. Jsme však přesvědčeni, že cílení komára je nejúčinnějším způsobem, jak omezit případy malárie na celém světě.

Nyní v Africe, kde je největší zátěž malárie, postřik insekticidy uvnitř a spaní pod insekticidními lanovými sítěmi, jsou nejúčinnější způsoby, jak rychle snížit přenos malárie. Tato kontrolní opatření a zásahy výrazně snížily zátěž malárie na mnoha místech. Od roku 2010 úmrtnost způsobená malárií klesla u dětí mladších 5 let o 35%.

Tyto metody však nejsou udržitelné a musí být realizovány ve velkém měřítku, aby dosáhly svého plného potenciálu. To se projevilo mezi rokem 2014 a 2016, který se poprvé od roku 2010, kdy se případy malárie zvýšily, porušil klesající trend pozorovaný v předchozích letech. Komáři vyvíjejí rezistenci vůči antimalarickým lékům a insekticidům, a my máme málo možností a času.

Nový přístup

Aby se dosáhlo eradikace malárie, musí výzkumníci v oblasti veřejného zdraví aktualizovat náš arzenál. Abychom se dostali k tomuto cíli, my, laboratoř Crisanti tady na Imperial College, pracujeme na plánu, jak to udělat.

V poslední době byla vyvinuta technologie CRISPR, která umožňuje vědcům editovat DNA s velkou účinností. Výzkumníci z celého světa používají CRISPR k úpravě DNA komárů s cílem eliminovat nemoci přenášené komáry, jako je malárie. V naší laboratoři jsme vyvinuli, co je možná nejpokročilejší využití technologie, jaká byla kdy navržena. Tento typ genetické modifikace má schopnost šířit rys v divoké populaci, převažující nad klasickými zákony dědičnosti.

DNA, která je přenášena z jednoho rodiče z jedné generace na druhou prostřednictvím klasických zákonů dědičnosti, je zděděna pouze polovinou potomstva každé generace. To udržuje frekvenci této genetické modifikace nebo rysu v populaci komárů stejné.

Genové pohony jsou zděděny více než 50 procenty potomstva. To jim dává možnost postupně zvyšovat četnost znaků v následujících generacích, což je výhoda oproti potenciálnímu použití jiných komárů GM.

Etika změn divokých populací komárů

Navrhli jsme genovou jednotku, která se zaměřuje na geny plodnosti, které jsou nezbytné pro vývoj ženského komára. Když jsou tyto geny narušeny, ženský hmyz není schopen kousat nebo produkovat potomstvo.

Výhodou genových pohonů je, že můžeme cílit pouze na Anopheles gambiae druh - jeden z primárních vektorů, které nesou chorobu v subsaharské Africe - aniž by ovlivnily ty, které ne.

Když jsme testovali naši technologii v laboratoři, byli jsme schopni rozšířit tuto vlastnost na 100 procent populace komárů v klecích. Důsledkem produkce normálních samců komárů a sterilních samic bylo, že jsme do šesti měsíců přivedli obyvatelstvo na nulu.

Je to poprvé, kdy byla populace potlačena pomocí genového mechanismu, i když v laboratoři.

Gene drive je rychlá a výkonná genetická technologie. Schopnost transformovat přirozené populace bez neustálého lidského zásahu je činí ideálními pro doplnění současných nástrojů a metod používaných v boji proti infekčním onemocněním a snížení jejich ekonomické a ekologické zátěže.

I když potlačení populací komárů v klecích v laboratoři je významným mezníkem, skutečné uvolnění genového pole v terénu je v budoucnu nejméně deset let.

Vzhledem k tomu, že se mohou šířit na vlastní pěst a v potenciálně velkých geografických oblastech, technologie vyvolává potenciální etické obavy o jejich používání. Kdo například rozhoduje o uvolnění genového mechanismu, pokud se nedosáhne plného konsensu komunit, které jsou postiženy? Tyto otázky jsou široce diskutovány vědci, etiky, regulátory a těmi, kteří mohou být ovlivněni použitím technologie genového pohonu.

Nicméně vědecká obec dosáhla velkého pokroku v oblasti možných metod ochrany technologie, včetně potenciálu pro návrhy, které by omezily jejich šíření. Konečné rozhodnutí o tom, zda lze genový disk uvolnit ve volné přírodě, musí být učiněno se souhlasem postižených zemí a konkrétněji s komunitami, které s těmito chorobami žijí každý den.

Tento článek byl původně publikován na Konverzaci Andrea Crisanti a Kyros Kyrou. Přečtěte si originální článek zde.