Сенсационный прорыв: генная инженерия улучшает борьбу с комарами

Комар свисает с листа, Бангалор, 28 октября 2019 г. | Фото предоставлено: Сайед Али/Unsplash

На протяжении всей истории человечества комары постоянно жужжали на фоне человеческого существования, раздражая нас своими непрекращающимися укусами, а иногда сея хаос, передавая смертельные заболевания. Самые ранние известные комары из летописи окаменелостей датируются по меньшей мере 70 миллионами лет назад, а свидетельства о заболеваниях, передающихся комарами, таких как малярия, датируются египетскими мумиями 2000 года до нашей эры.

Помимо малярии, которая ежегодно уносит жизни более полумиллиона человек и заражает около 250 миллионов человек, комары служат переносчиками различных других заболеваний. К ним относятся денге, Зика, лимфатический филяриоз и желтая лихорадка. Понятно, что наши отношения с этими крошечными кровососущими насекомыми были далеко не сердечными.

Помощь технологии секвенирования

Быстрая урбанизация населения мира, особенно во многих крупных и экономически развивающихся странах, таких как Индия, привела к ежегодному всплеску заболеваний, передающихся комарами, таких как лихорадка денге. Вместе с изменением климата и его каскадными последствиями болезни, переносимые комарами, распространились на новые территории. Ярким примером является коренные случаи денге во Франции в последние годы.

Поэтому неудивительно, что борьба с комарами сегодня заняла центральное место, и борьба продолжается безжалостно с использованием множества инструментов – от противомоскитных сеток до инсектицидов и использования таких симбионтов, как Вольбахия. Но поскольку резистентность комаров к инсектицидам достигает угрожающих масштабов, стало крайне важно, чтобы новые подходы к борьбе с комарами получили известность, даже несмотря на наличие средств первого поколения. вакцина против малярии которые чиновники в разных странах в настоящее время внедряют в пилотном режиме в эндемичных регионах.

За последние два десятилетия наша способность читать или секвенировать геномы организмов, а также редактировать и манипулировать этими геномами дала нам новые инструменты в этой борьбе. Благодаря достижениям в методах секвенирования нового поколения у нас теперь есть доступ ко всем последовательностям генома нескольких видов комаров. Примечательно, что исследователи из Калифорнийского университета, Института генетики и общества Тата и Института биоинформатики и прикладной биотехнологии помогли подготовить высококачественные эталонные геномы для Анофелес стефенси, основной комар-переносчик малярии. (Два последних института базируются в Бангалоре.)

Доступность этих высококачественных последовательностей в сочетании с нашей способностью генетически манипулировать ими открывает беспрецедентные возможности.

Генный драйв

Фундаментальная идея генетических манипуляций с комарами заключается в систематическом контроле их популяций путем вмешательства в их размножение. Ученые всего мира разработали различные подходы к генетической модификации. Главным в этом начинании является технология генного драйва, конечным результатом которой является то, что комары избирательно наследуют некоторые гены, а не следуют правилам менделевской генетики.

Эта технология была предложена Остином Бертом, профессором Имперского колледжа Лондона, в статье 2003 года, опубликованной в журнале Труды Королевского общества. Здесь белок разрезает ДНК комара в той части, которая не кодирует определенную последовательность в геноме. Это запускает естественный механизм в клетке, содержащей ДНК, для ее восстановления, и заставляет клетку включать последовательность, называемую последовательность движенияв поврежденную часть.

В литературе описаны многочисленные версии генного драйва, но все они направлены на снижение репродуктивных способностей популяций комаров или их стерильность. В результате малярийный паразит не сможет размножаться в кишечнике комара. В недавней статье в Достижения наукиИсследователи из Имперского колледжа Лондона генетически модифицировали ген, экспрессирующийся в средней кишке комаров, чтобы он секретировал два противомикробных вещества, называемых магаинин 2 и мелиттин. Они губительны для Плазмодий развитие паразита в средней кишке, а также сокращает продолжительность жизни самок комаров. Исследования с помощью компьютерного моделирования показали, что этот подход может существенно препятствовать передаче малярии.

Преимущества, а также риски

В 2020 году Агентство по охране окружающей среды США разрешило выпуск генетически модифицированного комара под названием OX5034 в округах Флориды и Техаса. Компания Oxitec разработала этого комара с геном, чувствительным к антибиотику тетрациклину. Разрешение было получено после обширных полевых испытаний, проведенных компанией в Бразилии. Генетически модифицированные самцы комаров OX5034 спаривались с самками комаров, но самоограничивающийся ген не позволял потомству самок выжить. В результате самцы комаров исчезнут из окружающей среды примерно через дюжину поколений.

Генетически модифицированные комары использовались на открытом воздухе, но в контролируемых условиях, в Индии, Бразилии и Панаме. Первые результаты этих испытаний показали многообещающее снижение популяции комаров, примерно на 90% за время испытаний. Дополнительные испытания показали, что такие технологии также могут значительно снизить заболеваемость денге.

Эти технологии могут принести как выгоды, так и риски по-разному. Непосредственным следствием является то, что резкое сокращение популяции комаров может изменить пищевые цепи и экосистемы, в которых участвуют комары. Поэтому вполне вероятно, что разрыв в пищевой цепи может быть «захвачен» другими комарами или даже другими насекомыми. Таким образом, мы не до конца понимаем последствия в краткосрочной и долгосрочной перспективе. А поскольку последствия будут распределяться между отдельными людьми, сообществами и населением именно в таком порядке, то, что представляет собой правильное решение и каким процессам следует следовать, остается дилеммой для политиков.

Вечная борьба

Поэтому неудивительно, что генная инженерия комаров и испытания генетически модифицированных комаров столкнулись с многогранными проблемами в разных частях мира. Критики выразили обеспокоенность по поводу непредвиденных последствий, таких как непредвиденные экологические нарушения или возможность распространения сконструированных генов за пределы целевых популяций комаров.

Некоторые из этих опасений обоснованы и требуют обширного сбора данных, тщательного мониторинга и дискуссий с участием многих заинтересованных сторон, касающихся внедрения этой технологии. Что касается регулирования, то в начале этого года Департамент биотехнологии опубликовал всеобъемлющие рекомендации по генетически модифицированным насекомым. Они предоставляют исследователям дорожную карту, описывающую процедуры и правила работы с такими насекомыми в стране.

Битва между комарами и человечеством кажется вечной борьбой, свидетельством человеческой изобретательности в борьбе с нарушителями спокойствия, которым помогает эволюция.

Авторы являются старшими консультантами Фонда лечения рака Вишванатха.