Naukowcy opracowali komary, które spowalniają rozwój pasożytów wywołujących malarię w jelitach, zapobiegając przenoszeniu choroby na ludzi.
Modyfikacja genetyczna powoduje, że komary wytwarzają w jelitach związki, które hamują wzrost pasożytów, co oznacza, że jest mało prawdopodobne, że dotrą do gruczołów ślinowych komarów i nie zostaną przekazane w ukąszeniu, zanim owady umrą.
Jak dotąd wykazano, że technika ta radykalnie zmniejsza możliwość rozprzestrzeniania się malarii w warunkach laboratoryjnych, ale jeśli okaże się bezpieczna i skuteczna w warunkach rzeczywistych, może zaoferować nowe, potężne narzędzie, które pomoże wyeliminować malarię.
Innowacja, opracowana przez naukowców z zespołu Transmission:Zero z Imperial College London, została zaprojektowana tak, aby można ją było połączyć z istniejącą technologią „napędu genowego”, aby rozpowszechniać modyfikacje i drastycznie ograniczać przenoszenie malarii. Zespół poszukuje prób terenowych, ale dokładnie przetestuje bezpieczeństwo nowej modyfikacji przed połączeniem jej z napędem genowym do testów w świecie rzeczywistym.
Współpracownicy z Instytutu Modelowania Chorób przy Fundacji Billa i Melindy Gatesów opracowali również model, który po raz pierwszy może ocenić wpływ takich modyfikacji, jeśli zostanie zastosowany w różnych środowiskach afrykańskich. Odkryli, że modyfikacja opracowana przez zespół Transmission:Zero może być potężnym narzędziem do zwalczania przypadków malarii, nawet przy wysokim poziomie transmisji.
Wyniki technologii modyfikacji w laboratorium i modelowania zostały opublikowane w Science Advances.
Opóźnianie rozwoju pasożytów
Malaria pozostaje jedną z najbardziej wyniszczających chorób na świecie, zagrażającą około połowie światowej populacji. Tylko w 2021 r. zaraził 241 milionów i zabił 627 000 osób, głównie dzieci poniżej piątego roku życia w Afryce Subsaharyjskiej.
Współautor badania, dr Tibebu Habtewold z Wydziału Nauk Przyrodniczych w Imperial, powiedział: „Od 2015 roku postęp w walce z malarią utknął w martwym punkcie. Komary i przenoszone przez nie pasożyty stają się odporne na dostępne interwencje, takie jak środki owadobójcze i leczenia, a finansowanie ustabilizowało się. Musimy opracować nowe, innowacyjne narzędzia”.
Choroba przenosi się między ludźmi po tym, jak samica komara ukąsi kogoś zarażonego pasożytem malarii. Pasożyt rozwija się następnie w kolejne stadium w jelicie komara i przemieszcza się do jego gruczołów ślinowych, aby zarazić następną osobę, którą ugryzie komar.
Jednak tylko około 10% komarów żyje wystarczająco długo, aby pasożyt rozwinął się na tyle, by mógł być zakaźny. Zespół miał na celu jeszcze większe wydłużenie szans poprzez wydłużenie czasu potrzebnego do rozwoju pasożyta w jelitach.
Zespół Transmission:Zero zmodyfikował genetycznie główny gatunek komara przenoszący malarię w Afryce Subsaharyjskiej: Anopheles gambiae. Udało im się zrobić to tak, że gdy komar spożywa posiłek z krwi, wytwarza w swoich jelitach dwie cząsteczki zwane peptydami przeciwdrobnoustrojowymi. Te peptydy, pierwotnie wyizolowane z pszczół miodnych i afrykańskich żab szponiastych, upośledzają rozwój pasożyta malarii.
Spowodowało to kilkudniowe opóźnienie, zanim kolejny etap pasożyta mógł dotrzeć do gruczołów ślinowych komarów, do tego czasu spodziewana jest śmierć większości komarów w przyrodzie. Peptydy działają poprzez zakłócanie metabolizmu energetycznego pasożyta, co ma również pewien wpływ na komary, powodując ich krótszą żywotność i dalsze zmniejszanie ich zdolności do przenoszenia pasożyta.
Współautorka badania Astrid Hoermann z Wydziału Nauk Przyrodniczych w Imperial, powiedziała: „Przez wiele lat bezskutecznie próbowaliśmy stworzyć komary, które nie mogą zostać zarażone przez pasożyty lub takie, które mogą usunąć wszystkie pasożyty z ich układem odpornościowym. Opóźnienie rozwoju pasożytów wewnątrz komara to koncepcyjna zmiana, która otworzyła o wiele więcej możliwości blokowania przenoszenia malarii z komarów na ludzi.
Rozpowszechnianie modyfikacji
Aby wykorzystać modyfikację genetyczną do zapobiegania rozprzestrzenianiu się malarii w prawdziwym świecie, musi zostać przeniesiona z komarów wyhodowanych w laboratorium na dzikie. Normalne krzyżowanie rozprzestrzeniłoby go do pewnego stopnia, ale ponieważ modyfikacja ma „koszt sprawności” w postaci skróconej długości życia, prawdopodobnie zostałaby szybko wyeliminowana dzięki doborowi naturalnemu.
Napęd genowy to dodatkowa sztuczka genetyczna, którą można zastosować u komarów, która spowodowałaby preferencyjne dziedziczenie przeciwpasożytniczej modyfikacji genetycznej, co spowoduje jej szersze rozpowszechnienie wśród wszelkich naturalnych populacji.
Ponieważ ta strategia jest tak nowa, wymaga bardzo starannego planowania, aby zminimalizować ryzyko przed próbami terenowymi. Zespół Transmission:Zero tworzy zatem dwa oddzielne, ale kompatybilne szczepy zmodyfikowanych komarów – jeden z modyfikacją przeciwpasożytniczą, a drugi z napędem genowym.
Następnie mogą najpierw samodzielnie przetestować modyfikację przeciwpasożytniczą, dodając napęd genowy dopiero po wykazaniu, że jest skuteczna.
Współautor, dr Nikolai Windbichler z Wydziału Nauk Przyrodniczych w Imperial, powiedział: „Teraz staramy się przetestować, czy ta modyfikacja może blokować przenoszenie malarii nie tylko za pomocą pasożytów, które wyhodowaliśmy w laboratorium, ale także z pasożytów, które zainfekowały ludzi. Jeśli to okaże się prawdą, będziemy gotowi do przeprowadzenia prób terenowych w ciągu najbliższych dwóch do trzech lat.
Kolejna broń w arsenale
Wraz z partnerami w Tanzanii zespół zbudował placówkę do generowania i obsługi genetycznie zmodyfikowanych komarów oraz do przeprowadzenia pierwszych testów. Obejmują one zbieranie pasożytów od lokalnie zakażonych dzieci w wieku szkolnym, aby zapewnić, że modyfikacja działa przeciwko pasożytom krążącym w odpowiednich społecznościach.
Są również w pełni oceniani pod kątem ryzyka wszelkich potencjalnych uwolnień zmodyfikowanych komarów, biorąc pod uwagę potencjalne zagrożenia i upewniając się, że mają poparcie lokalnej społeczności. Mają jednak nadzieję, że ich interwencja może ostatecznie pomóc w wyeliminowaniu malarii.
Współautor, profesor George Christophides z Wydziału Nauk Przyrodniczych w Imperial, powiedział: „Historia nauczyła nas, że nie ma srebrnej kuli, jeśli chodzi o kontrolę malarii, dlatego będziemy musieli użyć całej broni, jaką mamy w naszym usuwać i generować jeszcze więcej. Napęd genowy jest jedną z tak potężnych broni, która w połączeniu z lekami, szczepionkami i zwalczaniem komarów może pomóc powstrzymać rozprzestrzenianie się malarii i ratować ludzkie życie”.
Praca została sfinansowana przez Fundację Billa i Melindy Gatesów.