A malária és a betegséget terjesztő szúnyogok elleni küzdelem érdekében az emberiség lecsapolta a mocsarakat, rovarirtókkal árasztotta el az otthonokat, mérgező rovarriasztókkal kente be magát, éjszakára hálókba bújt, és feltalálta a gin-tonikot, hogy ízletesebb formában fogyaszthassa a keserű maláriaellenes kinint. A Nature folyóiratban pedig nemrégiben jelent meg egy tanulmány, amelynek szerzői a szúnyogok saját fegyverét vetnék be a paraziták ellen.
A csapat génmódosítással a maláriát okozó parazitákkal szemben ellenálló szúnyogokat hozott létre úgy, hogy beléjük ültetett egy olyan génváltozatot, amely természetesen is előfordul egyes rovarokban. Emellett egy gene drive-nak vagy génkampánynak nevezett genetikai trükköt is alkalmazták, hogy a génváltozat gyorsabban terjedjen a laboratóriumi szúnyogpopulációkban.
A kutatók ugyanakkor óvatosságra intenek, mivel a stratégia még nem áll készen a terepi tesztelésre. Azonban a kísérletek elegánsan megtervezettek, megalapozottak, és valóban remekül bizonyítják az elvet, hogy a szúnyogok génjeinek természetes változatai bevihetők egy populációba, mondja Tony Nolan, a Liverpooli Trópusi Orvostudományi Iskola funkcionális genetikusa, aki nem vett részt a kutatásban.
Nem szokványos öröklődés
A megelőzés és a kezelés javulása ellenére a Plasmodium nemzetségbe tartozó paraziták által okozott malária még mindig évente körülbelül 600 ezer ember halálát okozza. A kutatók több mint egy évtizede próbálják genetikailag módosítani a szúnyogokat, hogy csökkentsék populációjukat, vagy kevésbé kedvező gazdaszervezetekké tegyék őket a paraziták számára. Egy csoport például olyan szúnyogokat hozott létre, amelyek egerekből származó antitesteket termelnek, és így gátolják a paraziták fejlődését. Az ilyen megközelítések ugyanakkor technikai problémákkal járnak. Egyrészt a kutatóknak biztosítaniuk kell, hogy genetikai beavatkozásuk ne gyengítse a szúnyogfajokat, amelyek így gyorsan kipusztulnának, ha szabadon engednék őket a természetbe.
Emellett meg kell találniuk a módját annak, hogy az ellenállást biztosító gének gyorsan elterjedjenek az egész szúnyogpopulációban.
A probléma megoldására a szakértők egy a gene drive módszeréhez fordultak, amely felrúgja az öröklődés normál szabályait. Egy szúnyog általában utódai 50%-ára örökíti át saját változatát egy génből. A gene drive viszont, amely gyakran egy génszerkesztőre támaszkodik, növeli annak esélyét, hogy az adott allél átadódik a következő generációnak, így a génváltozat gyakorisága gyorsan növekedhet a populációban. A megközelítés ugyanakkor ellentmondásos, részben azért, mert visszafordíthatatlan változásokat okozhat egy fajban, amelyek előre nem látható hatással lehetnek az ökoszisztémákra. Eddig a kutatók még nem tesztelték a módszert a természetben.
Az új kutatásban a San Diegói Egyetem genetikusa, Ethan Bier, valamint a Johns Hopkins Egyetem molekuláris entomológusa és mikrobiológusa, George Dimopoulos vezette csapat a rovarok biológiájának egy sajátosságát kihasználva maláriarezisztens szúnyogok létrehozására törekedett.
Az
fajhoz tartozó egyes szúnyogok egy FREP1 nevű fehérje alternatív változatával rendelkeznek, amely megakadályozza a maláriaparazita életciklusát a beleikben.
Korábbi kutatások arra utaltak, hogy az ezt a fehérjeváltozatot termelő szúnyogok – amely csak egy aminosavban különbözik a FREP1 standard formájától – rossz gazdaszervezetek a malária paraziták számára. Mivel a parazitaellenes FREP1 természetesen is előfordul a szúnyogok egy kis hányadában fordul elő, más szúnyogok génmódosítása vélhetően nem gyengíti a rovarokat, gondolták a kutatók.
Természetes védelem
A csapat beültette az alternatív FREP1 gént egy másik szúnyogfaj, az A. stephensi tagjaiba, amely Ázsia fő maláriaterjesztője, és már Afrikában is teret nyert. Ezután beltéri ketreceket állítottak fel, ahol ezeknek a szúnyogoknak a túlélésért és az utódok nemzéséért kellett versenyezniük a FREP1 szokványos változatát hordozó kontrollcsoporttal. A parazita-rezisztens szúnyogok megállták a helyüket. Tíz generáció után a FREP1 gén rezisztens változatának gyakorisága nagyjából változatlan maradt a populációban, ami arra utal, hogy a módosított rovarok egészségesek voltak és normális termékenységet mutattak.
Amikor a kutatók a módosított szúnyogokat a P. falciparummal, a leghalálosabb malária-parazitafajjal fertőzött emberi vérrel etették, úgy találták, hogy a rovarok bélrendszerében és nyálmirigyeiben sokkal kevesebb parazita volt, mint a kontrollszúnyogokéban. Emellett ellenálltak egy másik Plasmodium fajnak is, amely rágcsálókat fertőz meg. Ez a felfedezés fontos, mert arra utal, hogy a FREP1-et célzó megközelítés több maláriát okozó parazita ellen is hatékony lehet, mondja Dimopoulos.
A rezisztens FREP1 változat terjedésének felgyorsítása érdekében a kutatók következő lépésként gene drive-ot „építettek be” a szúnyogokba. A módosított rovarok előállították a CRISPR/Cas9 génszerkesztő komponenseit, amelyek megvágták a sejtjeikben található standard FREP1 gént. Amikor egy sejt megpróbálja helyrehozni a törést, a javító mechanizmus beilleszt egy DNS-darabot, és így létrehozza a parazitákkal szemben ellenálló FREP1 variánst. Azok a szúnyogok, amelyek sejtjeiben ez a csere megtörtént, az alternatív FREP1 gént az összes utódjuknak továbbadják, nem csak azok felének.
A laborban végzett kísérletek során ez a módszer lehetővé tette, hogy a FREP1 változat sokkal gyorsabban elterjedjen, mint a természetes öröklődés esetén.
A csapat beszámolója szerint 10 generáció alatt a FREP1 gén kérdéses változatának gyakorisága 25%-ról 94%-ra nőtt a populációban.
„Nem várjuk, hogy ez lesz a csodaszer a malária ellen” – mondja Dimopoulos a stratégiáról, de a módszer fontos lehet a malária fenntartható kontrollja szempontjából. Bier szerint a megoldás egyik előnye, hogy a kutatók testre szabhatják a gene drive-ot létrehozó DNS-darabokat, korlátozva ezzel azok terjedését a természetben és fennmaradásuk időtartamát. „Ez teljesen új szintű ellenőrzést biztosíthat a rendszer felett” – mondja.
Ha a FREP1 alternatív formája a kísérletekben elért eredményekhez hasonlóan csökkentené a paraziták szintjét a természetes szúnyogpopulációkban, az hatalmas változást jelentene a malária terjedése szempontjából, mondja Jackson Champer, a Pekingi Egyetem genetikusa, aki nem vett részt a vizsgálatban. „A szerzők a gene drive-ot finom szikeként használják, amely minimális változást hoz” – teszi hozzá Nikolai Windbichler, az Imperial College London genetikusa.
A kutatók ugyanakkor egyetértenek abban, hogy a megközelítés még sok munkát igényel. „Nagy kérdés az, hogy a parazita képes-e ellenállást kifejleszteni ez ellen a mechanizmus ellen” – mondja Luke Alphey, a Yorki Egyetem genetikusa. Szerinte a kutatóknak meg kell válaszolniuk az ilyen kérdéseket, mielőtt a malária elleni küzdelemben bevethető új módszer élesben is kipróbálásra kerülnek.
