Что такое генные диски? Как ученые борются против смертельных комаров

Какое самое смертоносное животное на земле? Это вопрос, который напоминает страшных львов, тигров, акул и крокодилов. Но ответом является животное, длина которого не превышает 1 сантиметр.

Несколько видов комаров из тысяч, которые населяют различные среды обитания, являются самыми смертоносными животными на земле. малярийный комар Только комары передают малярию через укусы и ежегодно заражают более 200 миллионов человек и являются причиной 400 000 смертей в год, из которых 70 процентов составляют дети в возрасте до 5 лет.

Другие виды комаров также передают болезни - денге, Западный Нил и Зика - через их укус.

Мы - генетики в Имперском Колледже в Лондоне, которые сосредоточены на комаре и его роли как переносчика болезней. На протяжении более 20 лет мы сосредоточены на разработке генетически управляемых комаров. Это потому, что десятилетия борьбы с малярией научили нас, что наиболее эффективной стратегией профилактики малярии является борьба с самим комаром. Годы исследований привели к разработке совершенного и сложного генетического инструмента, называемого «генный драйв». При правильной разработке он может уничтожать популяции комаров, размещенные в клетках в лаборатории.

Читайте также: Как миллионы комаров-паразитов, выращенных роботами, могут бороться с Зика

Мы боремся с болезнями от комаров каждый день

Только самки комаров кусают людей. Они пьют человеческую кровь, чтобы собрать питательные вещества для производства яиц. Если самка комара заражена вирусом или паразитом, она передаст инфекцию укушенному человеку. Позже, если неинфицированный комар укусит недавно зараженного человека, он подхватит микроорганизм и тоже сможет распространить болезнь среди других людей.

В отношении такого заболевания, как малярия, представляющего угрозу для почти половины населения мира, в инициативах общественного здравоохранения используются самые разные методы борьбы с малярийным паразитом, такие как вакцины и лекарства. Другие методы, в том числе пестициды, фумигация, постельное белье и удаление мест обитания комаров, направлены на уменьшение либо контакта с комарами, либо их количества. Но мы считаем, что нацеливание на комаров является наиболее эффективным способом снижения заболеваемости малярией во всем мире.

В настоящее время в Африке, где бремя малярии является самым высоким, распыление инсектицидов в помещении и сон под сетками из инсектицидных сеток являются наиболее эффективными способами быстрого сокращения распространения малярии. Эти меры контроля и вмешательства помогли значительно снизить бремя малярии во многих местах. С 2010 года уровень смертности от малярии снизился на 35 процентов среди детей в возрасте до 5 лет.

Эти методы, однако, не являются устойчивыми, и их необходимо применять в широких масштабах, чтобы полностью реализовать свой потенциал. Это стало очевидным в период между 2014 и 2016 годами, когда впервые за период с 2010 года число случаев заболевания малярией возросло, преодолев тенденцию к снижению, наблюдаемую в предыдущие годы. У комаров развивается устойчивость к противомалярийным препаратам и инсектицидам, и у нас заканчиваются варианты и время.

Новый подход

Чтобы добиться ликвидации малярии, исследователи общественного здравоохранения должны модернизировать наш арсенал. Чтобы двигаться к этой цели, мы, лаборатория Crisanti здесь, в Имперском колледже, работаем над планом, чтобы сделать именно это.

Недавно была разработана технология CRISPR, которая позволяет ученым с большой эффективностью редактировать ДНК. Исследователи по всему миру используют CRISPR для модификации ДНК комаров с целью устранения болезней, передаваемых комарами, таких как малярия. В нашей лаборатории мы разработали, пожалуй, самое передовое из когда-либо предложенных технологий. Это называется «генный драйв». Этот тип генетической модификации обладает способностью распространять признаки в дикой популяции, преодолевая классические законы наследственности.

ДНК, которая передается от одного родителя от одного поколения к другому по классическим законам наследственности, наследуется только половиной потомства каждого поколения. Это сохраняет частоту этой генетической модификации или признака в популяции комаров одинаковой.

Генные приводы наследуются более чем 50 процентами потомства. Это дает им возможность постепенно увеличивать частоту признака по сравнению с последующими поколениями, что является преимуществом перед потенциальным использованием других ГМ-комаров.

Этика изменения популяций диких комаров

Мы разработали генный привод, который нацелен на гены фертильности, которые необходимы для развития женского комара. Когда эти гены нарушаются, самка насекомого не может укусить или произвести потомство.

Преимущество генного драйва в том, что мы можем нацеливаться только на Anopheles gambiae виды - один из основных переносчиков этой болезни в Африке к югу от Сахары - не затрагивая тех, кто этого не делает.

Когда мы проверили нашу технологию в лаборатории, мы смогли распространить эту особенность на 100 процентов популяции комаров в клетках. Следствием производства нормальных самцов комаров и стерильных самок было то, что мы довели население до нуля в течение шести месяцев.

Это первый случай, когда популяция была подавлена ​​с помощью генного драйва, хотя и в лаборатории.

Генная энергия - это быстро развивающаяся и мощная генетическая технология. Способность преобразовывать естественные популяции без постоянного вмешательства человека делает их идеальными для дополнения существующих инструментов и методов, используемых для борьбы с инфекционными заболеваниями, и снижения их экономического и экологического бремени.

Несмотря на то, что подавление популяций комаров в клетках в лаборатории является знаменательным достижением, фактическое высвобождение генного драйва в полевых условиях произойдет как минимум через десять лет.

Поскольку они могут распространяться самостоятельно и на потенциально большие географические территории, технология вызывает потенциальные этические проблемы при их использовании. Например, кто решает, когда будет выпущен генный драйв, если не будет достигнут полный консенсус от сообществ, затронутых им? Эти вопросы широко обсуждаются учеными, специалистами по этике, регулирующими органами и теми, на кого может повлиять использование технологии генного привода.

Тем не менее, научное сообщество добилось большого прогресса над потенциальными методами защиты технологий, включая потенциал для проектов, которые ограничат их распространение. Окончательное решение о возможности высвобождения генного драйва в дикой природе должно приниматься с согласия затронутых стран и, в частности, сообществ, которые ежедневно живут с этими заболеваниями.

Эта статья была первоначально опубликована в «Разговоре» Андреа Крисанти и Кироса Киро. Прочитайте оригинальную статью здесь.