Genetska modifikacija sprječava širenje malarije od strane komaraca

Komarci svake godine ubiju više ljudi nego bilo koja druga životinja. U 2023. godini, ovi insekti koji sišu krv zarazili su procijenjenih 263 milijuna ljudi malarijom, što je dovelo do gotovo 600 000 smrtnih slučajeva, od kojih je 80% bilo djece.

Nedavni napori za zaustavljanje prijenosa malarije zastali su jer su komarci razvili otpornost na insekticide, a paraziti koji uzrokuju malariju postali su otporni na lijekove. Ove zastoje pogoršala je pandemija COVID-19, koja je zakomplicirala tekuće napore u suzbijanju malarije.

Sada su istraživači sa Sveučilišta Kalifornija u San Diegu, Sveučilišta Johns Hopkins, UC Berkeley i Sveučilišta u Sao Paulu razvili novu metodu koja genetski blokira sposobnost komaraca da prenose malariju.

Biolozi Zhiqian Li i Ethan Beer sa Sveučilišta UC San Diego te Yuemei Dong i George Dimopoulos sa Sveučilišta Johns Hopkins stvorili su sustav za uređivanje gena temeljen na CRISPR-u koji mijenja jednu molekulu u tijelu komarca - sićušnu, ali učinkovitu promjenu koja zaustavlja prijenos parazita malarije. Genetski modificirani komarci i dalje mogu ugristi zaražene ljude i pokupiti parazita iz njihove krvi, ali ga više ne mogu prenositi na druge ljude. Novi sustav osmišljen je za genetsko širenje otpornosti na malariju sve dok cijele populacije ovih insekata više ne budu nositelji parazita.

„Promjena jedne aminokiseline u komarcu u drugu, prirodno prisutnu, koja ometa infekciju parazitom malarije - i širenje te korisne mutacije po populaciji komaraca - pravi je proboj“, rekao je Bier, profesor na odjelu za staničnu i razvojnu biologiju na Školi bioloških znanosti Sveučilišta Kalifornije u San Diegu. „Teško je povjerovati da tako mala promjena može imati tako dramatičan učinak.“

Novi sustav koristi CRISPR-Cas9 kao "genetske škare" i vodi RNK kako bi napravio rez u preciznom području genoma komarca. Zatim zamjenjuje neželjenu aminokiselinu koja olakšava prijenos malarije korisnom koja ometa taj proces.

Sustav cilja gen koji kodira protein poznat kao FREP1. Ovaj protein pomaže komarcima da se razvijaju i hrane krvlju kada ugrizu. Novi sustav zamjenjuje aminokiselinu L224 u FREP1 s drugim alelom, Q224. Paraziti koriste L224 kako bi došli do slinovnica insekata, gdje se pripremaju za infekciju novog domaćina.

Dimopoulos, profesor na Odjelu za molekularnu mikrobiologiju i imunologiju i član Instituta za istraživanje malarije pri Školi javnog zdravstva Johns Hopkins Bloomberg, i njegov laboratorij testirali su sojeve komaraca Anopheles stephensi, glavnog vektora malarije u Aziji. Otkrili su da zamjena L224 s Q224 učinkovito blokira ulazak dviju različitih vrsta malarijskih parazita u slinovnice, čime se sprječava infekcija.

„Ljepota ovog pristupa je u tome što koristimo prirodni alel gena komarca. Jednom preciznom promjenom pretvaramo ga u snažan štit koji blokira više vrsta parazita malarije - i vjerojatno u različitim populacijama i vrstama komaraca. To otvara vrata prilagodljivim strategijama suzbijanja bolesti u stvarnom svijetu“,
rekao je George Dimopoulos.

U naknadnim testovima, istraživači su otkrili da, iako je genetska promjena spriječila parazita da zarazi tijelo, rast i razmnožavanje komaraca nisu bili pogođeni. Komarci s novom verzijom Q224 bili su jednako održivi kao i komarci s originalnom aminokiselinom L224 - važno postignuće, s obzirom na to da protein FREP1 igra važnu ulogu u biologiji komaraca, neovisno o njegovoj ulozi u prenošenju malarije.

Slično sustavu „genskog pogona“, istraživači su razvili metodu koja omogućuje potomstvu komaraca da naslijedi alel Q224 i proširi ga po populaciji, čime se zaustavlja prijenos malarijskih parazita. Ovaj novi sustav „aleličkog pogona“ slijedi sličan sustav nedavno razvijen u Beerovom laboratoriju koji genetski poništava otpornost na insekticide kod poljoprivrednih štetnika.

„U toj prethodnoj studiji stvorili smo samoukidajući pogon koji vraća populaciju voćnih mušica iz stanja otpornosti na insekticide natrag u stanje osjetljivosti. Zatim taj element genetske kasete jednostavno nestaje, ostavljajući samo 'divlju' populaciju“, objasnio je Bier. „Sličan sustav duhova mogao bi pretvoriti populacije komaraca u nositelje varijante FREP1Q otporne na parazite.“

Iako su istraživači pokazali da je zamjena L224 s Q224 učinkovita, još uvijek ne razumiju u potpunosti zašto ta promjena djeluje tako učinkovito. U tijeku su daljnja istraživanja kako bi se točno utvrdilo kako aminokiselina Q224 blokira put ulaska parazita.

„Ovaj proboj rezultat je besprijekornog timskog rada i inovacija u znanstvenim institucijama“, dodao je Dimopoulos. „Zajedno smo koristili prirodne genetske alate kako bismo komarce pretvorili u saveznike u borbi protiv malarije.“

Studija je objavljena u časopisu Nature.