Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w USA opracowali precyzyjną technikę sterylizacji owadów, która pozwala wyeliminować głównego afrykańskiego nosiciela malarii, Anopheles gambiae komarów, a co za tym idzie, ograniczają przenoszenie malarii.

Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Proceedings of National Academy of Sciences (PNAS).

Badanie: Eliminowanie wektorów malarii za pomocą precyzyjnie sterowanych, sterylnych samców. Źródło obrazu: RealityImages / Shutterstock

Tło

Malaria to zagrażająca życiu choroba pasożytnicza, która przenosi się na ludzi poprzez ukąszenia komarów. Według zestawienia informacyjnego Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) na rok 2022 w 85 krajach odnotowano około 249 milionów przypadków malarii i 608 000 zgonów z powodu tej choroby.

Powszechna dystrybucja szczepionki na malarię skutecznie zapobiegła najgorszym skutkom choroby w ostatnich latach. Jednakże eliminowanie chorób w najbardziej zakażonych regionach wymaga całkowitego wyeliminowania głównego wektora komarów malarii afrykańskiej Anopheles gambiae.

Konwencjonalne metody, w tym technologie oparte na insektycydach i kontrole środowiskowe, stają się mniej skuteczne ze względu na szybsze pojawianie się populacji komarów odpornych na leki. Podkreśla to potrzebę opracowania nowych środków kontroli w celu przerwania łańcucha transmisji chorób.

Technika sterylnych owadów (SIT) to obiecujący środek kontroli, który działa poprzez masowe uwalnianie bezpłodnych samców, które w naturalny sposób lokalizują, kopulują i sterylizują swoje monandryczne (mające tylko jednego męskiego partnera seksualnego) samice.

Konwencjonalne procesy sterylizacji obejmują transfer wysterylizowanych radioaktywnie wadliwych plemników i kopulację z samcem pozbawionym plemników. Opracowanie skalowalnego genetycznego systemu SIT u komarów wymaga połączenia precyzyjnych systemów sterylizacji samców i eliminacji samic. Nazywa się to precyzyjnym SIT.

W ramach tego badania naukowcy opracowali precyzyjnie sterowany SIT Anopheles gambiae do indukowanej, programowanej sterylizacji mężczyzn i eliminacji kobiet, które mogą być stosowane na dużą skalę w operacjach SIT.

Rozwój techniki sterylizacji owadów precyzyjnie sterowanych

Naukowcy opracowali linię wieloprzewodnikowego RNA (gRNA) ukierunkowaną na dobrze scharakteryzowane locus niezbędne dla kobiet podwójna płećF (dsxF) i geny płodności męskiej Zerowy wzrost populacji (zpg) i β2-tubulina (β2).

Stosując binarną strategię CRISPR, skrzyżowali tę linię gRNA z transgeniczną linią Cas9 i zaobserwowali znaczącą, ale niepełną androgenizację żeńską (rozwój drugorzędnych męskich cech płciowych) u potomstwa hybrydowego. Może to być spowodowane dsxF celowania, jak wspomnieli naukowcy.

Następnie poprawili eliminację samic, przekraczając linię gRNA z linią Ifegenia Genetic Sexing System, ustanawiając linie podwójnie homozygotyczne wyrażające gRNA. Linia Ifegenia Genetic Sexing System celuje w gen niezbędny dla kobiety bez kobiety (uciekaj) w celu umożliwienia dystrybucji opartej na jajach.

Krzyżując te dwie linie z Cas9, potwierdzili obecność mutacji w obrębie każdego genu potomstwa hybrydy.

Tłumienie populacji po wypuszczeniu samców pgSIT w różnych proporcjach do typu dzikiego. (A) Założono klatki tłumiące test zawierające 50 samców typu dzikiego, 50 dziewiczych samic typu dzikiego i 0, 50 100, 250 lub 500 samców pgSITD15 (dla 0:1, 1:1, 2:1, 5 :1 i 10:1 pgSIT:stosunki samców typu dzikiego). Po kryciu i karmieniu krwią obliczono wskaźnik wylęgu dla każdej klatki. (B) Zliczanie jaj z klatek do testu tłumienia populacji. Grupy 0:1 i 10:1 różnią się istotnie (P < 0,05, wielokrotne porównania Dunnetta). Pokazano średnią i SD. (C) Tłumienie populacji mierzone szybkością wylęgu (%) z klatek tłumionych przez różne proporcje samców pgSIT do samców typu dzikiego. Wskaźnik wylęgu podawany jest jako procent wyklutych jaj (n% = n 1-dniowych larw/n złożonych jaj). Grupa kontrolna 0:1 różni się znacząco zarówno w przypadku grup 5:1 (P <0,001), jak i 10:1 (P <0,001) (jednoczynnikowa ANOVA, test wielokrotnych porównań Dunnetta). Pokazano średnią i SD. Stworzono we współpracy z Biorender.com.

Skuteczność techniki precyzyjnego sterylizacji owadów

Ostateczny, precyzyjnie kierowany system SIT opracowany w ramach badania zapewnił ponad 99,5% męskosterylności i ponad 99,9% śmiertelności samic u potomstwa hybrydowego.

Genetycznie wysterylizowane samce komarów nie miały jąder, ale poza tym zachowały normalny dolny układ rozrodczy. Komary te również wykazywały dobrą trwałość. Obecność prawidłowego dolnego odcinka układu rozrodczego ujawniła, że ​​komary te są w stanie przenosić czop godowy, co jest niezbędnym warunkiem wywołania oporności u samic.

Naukowcy przeprowadzili testy w klatkach, w których wysterylizowane samce komarów konkurowały z komarami typu dzikiego. Odkrycia wykazały, że wysterylizowane komary są w stanie wywołać trwałą represję populacji.

Ponadto naukowcy stworzyli model hipotetycznych emisji precyzyjnie sterowanych SIT Anopheles gambiae jaja, aby zbadać ich potencjał w celu wyeliminowania miejscowego Anopheles gambiae populacja. Wyniki wykazały, że precyzyjnie sterowany system SIT może wyeliminować problemy lokalne Anopheles gambiae populacji, a następnie zapobiegać przenoszeniu malarii.

Znaczenie badania

W badaniu opisano rozwój genetycznej technologii SIT, zwanej precyzyjnym systemem SIT, która charakteryzuje się całkowitą eliminacją samic i niemal całkowitą sterylizacją samców. Genetycznie sterylizowane samce komarów produkowane przy użyciu tego systemu są w stanie wywołać silną supresję populacji i przewiduje się, że wyeliminują dzikie zwierzęta Anopheles gambiae populacje.

Jak wspominają naukowcy, system ten może umożliwić tłumienie sąsiednich gatunków w obrębie Anopheles gambiae złożone, m.in Anopheles arabiensis, Anopheles quadriannulatus, Anopheles melasI Anopheles Merus.

Celem tego systemu nie jest uwalnianie transgenów do populacji. Jednakże zaobserwowane w badaniu rzadkie płodne samce uciekinierów sugerują, że niektóre transgeny CRISPR mogą zostać uwolnione w populacji. Oczekuje się, że te transgeny znikną z populacji z powodu ich wrodzonych wad przystosowania.

Ogólnie rzecz biorąc, ten precyzyjnie sterowany system SIT jest cennym dodatkiem do zestawu narzędzi genetycznej kontroli biologicznej malarii. Spełnia większość kryteriów wymaganych do stosowania w wydaniach SIT. System ten może produkować masowo wysoce sterylne samce komarów, co może powodować silną redukcję populacji.

System ten jest bardziej ograniczony i skalowalny niż inne technologie modyfikacji genetycznej opracowane do tej pory dla tego konkretnego gatunku komara malarycznego. System ten może znacząco przyczynić się do wyeliminowania śmiertelnych wektorów malarii.