Комарци са уграђеним „генетским штитом“ заустављају маларију - стопе заразе падају за 93%

Превазилажење отпорности на инсектициде: Како се једна генска модификација код комараца саморазмножава кроз генерације, практично елиминишући пренос маларије без угрожавања преживљавања.

У недавно објављеној студији у часопису Nature, тим научника је испитивао да ли алел глутамина 224 (Q224) у протеину 1 повезаном са фибриногеном (FREP1) чини комарце Anopheles stephensi отпорним на плазмодијумску инфекцију, проценио трошкове преживљавања повезане са овим алелом и тестирао алелни систем генског погона како би проширио ову заштитну мутацију кроз популације.

Предуслови

Око 600.000 људи је умрло од маларије 2023. године, углавном деце у подсахарској Африци и Јужној Азији. Традиционалне методе контроле – мреже против комараца, третмани инсектицидима, лекови против маларије – губе своју ефикасност због отпорности комараца и паразита. Технологије генског погона које шире корисне алеле кроз популације комараца нуде обећавајуће и одрживо решење.

Протеин FREP1 помаже паразитима да пређу кроз средње црево комарца, али природна варијанта Q224 може спречити инфекцију без угрожавања биологије комарца. Циљ је био да се тестира да ли се такав ендогени алел може безбедно дистрибуирати како би се смањио пренос маларије, а да се притом одржи одрживост комарца.

О студији

Коришћењем CRISPR/Cas9, створена су два соја Anopheles stephensi која су се разликовала само у 224. аминокиселини у FREP1 протеину: дивљи тип са леуцином (L224) и потенцијално заштитни сој са глутамином (Q224). Водећа РНК је циљала интронски регион 126 bp узводно од кодона, омогућавајући хомологну рекомбинацију са уметањем флуоресцентне ознаке (GFP или RFP).

Кондиција је процењена дужином крила, плодношћу, излегањем јаја, стадијумом лутке, изласком одраслих јединки и животним веком (Каплан-Мајерова анализа преживљавања).

Компетентност вектора је одређена коришћењем стандардног мембранског храњења паразита Plasmodium falciparum (људи) и Plasmodium berghei (глодари), са бројем ооциста и спорозоита у пљувачним жлездама.

Систем за покретање алела укључивао је касету са гРНК против L224 и Cas9 под контролом vasa промотора. Фреквенције алела праћене су коришћењем флуоресцентних ознака у експериментима са више циклуса (10 генерација). Генотипизација је извршена коришћењем PCR, Сангеровог секвенцирања и NGS. Бајесово моделирање проценило је конверзију алела, трошкове прилагођености и динамику током слободног парења у лабораторији.

Резултати

Алел FREP1Q224 није изазвао значајне губитке у преживљавању: дужина крила, плодност, излегање, пупација и појављивање одраслих јединки били су идентични контролној групи FREP1L224. Мале разлике у величини и животном веку мужјака нису утицале на конкурентност. Девичанске женке FREP1Q224 живеле су исто колико и контролне групе, а женке након храњења крвљу показале су само благо смањење животног века.

Експерименти са изазовом су открили изражену заштиту код хомозигота.

• При ниским концентрацијама гаметоцита P. falciparum (0,08%):
  • Стопа инфекције је пала са 80% на ~30% у FREP1Q224;
  • Просечан број ооциста: од 3 до 0;
  • Спорозоити у пљувачним жлездама: од >4000 до 0.
• При вишој гаметоцитемији (0,15%):
  • Просечан број ооциста: од ~32 до
  • Спорозоити су се такође драматично смањили.
• За П. бергхеи:
  • Просечан број ооциста: од 43 до 25;
  • Спорозоити: од ~19.000 до 11.000.
• Хетерозиготи (FREP1L224/Q224) нису били заштићени.

Ефикасност генског погона

• У упареним укрштањима, Cas9 + gRNA L224 је конвертовала 50 до 86% алела FREP1L224 у FREP1Q224;
• Са мајчиним Cas9, учесталост је била већа;
• У другој генерацији, учесталост заштитног алела достигла је 93%;
• Учесталост грешака у путу поправке NHEJ била је ниска (0–12%) и обично је узроковала оштећења.
• У ћелијским популацијама са односом донор:прималац од 1:3, учесталост FREP1Q224 се повећала са 25% на >90% током 10 генерација;
• Учесталост алела NHEJ пала је са 5,4% на

Бајесово моделирање подржало је хипотезу о високој конверзији, ниској учесталости стабилних мутација и ефекту леталног стерилног мозаицизма, где су WT хомозиготи са мајчиним Cas9 генотипом патили од соматских мутација и смањеног преживљавања.

Касније генерације су показале скоро потпуну супресију ооциста P. falciparum (медијана 0 до 5,5), што потврђује да је популација постала углавном отпорна на пренос паразита.

Заштитни алел није имао скривене користи или нежељене ефекте и ширио се нагоном.

Закључци

Студија је открила да замена једне аминокиселине у протеину FREP1 и промена њеног наслеђивања помоћу генског погона може учинити Anopheles stephensi практично имуним на маларију - и људску и глодарску - без угрожавања одрживости комараца.

Овај приступ допуњује постојеће мере (мреже, инсектициде, лекове) чија је ефикасност смањена отпорношћу. Такав систем се такође може користити за обнављање осетљивости на инсектициде или увођење других заштитних алела.

Пре него што се технологија може имплементирати, потребни су строги еколошки, етички и управљачки оквири, као и системи за контролу ширења.