Генетичната модификация предотвратява разпространението на малария от комари

Комарите убиват повече хора всяка година от всяко друго животно. През 2023 г. кръвосмучещите насекоми са заразили приблизително 263 милиона души с малария, което е довело до близо 600 000 смъртни случая, 80% от които са деца.

Последните усилия за спиране на предаването на малария бяха в застой, тъй като комарите развиха резистентност към инсектициди, а паразитите, причиняващи малария, станаха резистентни към лекарства. Тези неуспехи се утежниха от пандемията от COVID-19, която усложни продължаващите усилия за контрол на маларията.

Сега изследователи от Калифорнийския университет в Сан Диего, Университета Джонс Хопкинс, Калифорнийския университет в Бъркли и Университета в Сао Пауло са разработили нов метод, който генетично блокира способността на комарите да предават малария.

Биолозите Джикиан Ли и Итън Биър от Калифорнийския университет в Сан Диего, както и Юемей Донг и Джордж Димопулос от университета Джонс Хопкинс, създадоха система за редактиране на гени, базирана на CRISPR, която променя една единствена молекула в тялото на комар - малка, но ефективна промяна, която спира предаването на маларийния паразит. Генетично модифицираните комари все още могат да хапят заразени хора и да приемат паразита от кръвта им, но вече не могат да го предават на други хора. Новата система е проектирана генетично да разпространява характеристиката на устойчивост към малария, докато цели популации от тези насекоми вече не носят паразита.

„Промяната на една аминокиселина в комар с друга, естествено срещаща се, която пречи на инфекцията от маларийния паразит – и разпространението на тази полезна мутация в популацията на комарите – е истински пробив“, каза Биер, професор в катедрата по клетъчна и развойна биология в Училището по биологични науки към Калифорнийския университет в Сан Диего. „Трудно е да се повярва, че такава малка промяна може да има такъв драматичен ефект.“

Новата система използва CRISPR-Cas9 като „генетични ножици“ и насочва РНК, за да направи разрез в прецизен регион от генома на комара. След това тя замества нежелана аминокиселина, която улеснява предаването на малария, с полезна, която пречи на процеса.

Системата е насочена към ген, който кодира протеин, известен като FREP1. Този протеин помага на комарите да се развиват и да се хранят с кръв, когато хапят. Новата система замества аминокиселината L224 във FREP1 с различен алел, Q224. Паразитите използват L224, за да стигнат до слюнчените жлези на насекомото, където се подготвят да заразят нов гостоприемник.

Димопулос, професор в катедрата по молекулярна микробиология и имунология и член на Института за изследване на маларията към Училището за обществено здраве „Джонс Хопкинс Блумбърг“, и неговата лаборатория тестваха щамове на комари Anopheles stephensi, основният вектор на малария в Азия. Те откриха, че заместването на L224 с Q224 ефективно блокира навлизането на два различни вида маларийни паразити в слюнчените жлези, като по този начин предотвратява инфекцията.

„Красотата на този подход е, че използваме естествено срещащ се алел на ген на комар. С една прецизна промяна го превръщаме в мощен щит, който блокира множество видове маларийни паразити – и вероятно в различни популации и видове комари. Това отваря вратата към адаптивни стратегии за контрол на болестите в реалния свят“,
каза Джордж Димопулос.

В последващи тестове изследователите установили, че макар генетичната промяна да е попречила на паразита да зарази тялото, растежът и размножаването на комарите не са били засегнати. Комарите с новата версия на Q224 са били толкова жизнеспособни, колкото и комарите с оригиналната аминокиселина L224 – важно постижение, като се има предвид, че протеинът FREP1 играе важна роля в биологията на комарите, независимо от ролята му в предаването на малария.

Подобно на системата „генен драйв“, изследователите разработиха метод, който позволява на потомството на комарите да наследи алела Q224 и да го разпространи в популацията, като по този начин спре предаването на маларийни паразити. Тази нова система „алелно задвижване“ следва подобна система, разработена наскоро в лабораторията на Биър, която генетично обръща резистентността към инсектициди при селскостопанските вредители.

„В това предишно проучване създадохме самоунищожаващ се двигател, който връща популацията на плодови мушици от резистентност към инсектициди обратно към чувствителност. След това този генетичен касетен елемент просто изчезва, оставяйки само „дива“ популация“, обясни Биер. „Подобна система-фантом би могла да превърне популациите на комари в носители на устойчивия на паразити вариант FREP1Q.“

Въпреки че изследователите са показали, че замяната на L224 с Q224 е ефективна, те все още не разбират напълно защо тази промяна работи толкова ефективно. В ход са допълнителни проучвания, за да се определи точно как аминокиселината Q224 блокира пътя на проникване на паразита.

„Този пробив е резултат от безупречна екипна работа и иновации в научните институции“, добави Димопулос. „Заедно използвахме генетичните инструменти на природата, за да превърнем комарите в съюзници в борбата срещу маларията.“

Проучването е публикувано в списанието Nature.