Ģenētiskā modifikācija neļauj odiem izplatīt malāriju

Odi katru gadu nogalina vairāk cilvēku nekā jebkurš cits dzīvnieks. 2023. gadā šie asinssūcēji kukaiņi inficēja aptuveni 263 miljonus cilvēku ar malāriju, izraisot gandrīz 600 000 nāves gadījumu, no kuriem 80% bija bērni.

Nesenie centieni apturēt malārijas pārnešanu ir apstājušies, jo odi ir izveidojuši rezistenci pret insekticīdiem un parazīti, kas izraisa malāriju, ir kļuvuši rezistenti pret zālēm. Šīs neveiksmes ir saasinājusi COVID-19 pandēmija, kas ir sarežģījusi notiekošos malārijas kontroles centienus.

Tagad pētnieki no Kalifornijas Universitātes Sandjego, Džona Hopkinsa Universitātes, Kalifornijas Universitātes Bērklijā un Sanpaulu Universitātes ir izstrādājuši jaunu metodi, kas ģenētiski bloķē odu spēju pārnēsāt malāriju.

Biologi Džičians Li un Ītans Bīrs no Kalifornijas Universitātes Sandjego, kā arī Juemei Dons un Džordžs Dimopuloss no Džona Hopkinsa universitātes ir izveidojuši uz CRISPR balstītu gēnu rediģēšanas sistēmu, kas maina vienu molekulu oda organismā — niecīgas, bet efektīvas izmaiņas, kas aptur malārijas parazīta pārnešanu. Ģenētiski modificētie odi joprojām var kost inficētus cilvēkus un uzņemt parazītu no viņu asinīm, taču tie vairs nevar to pārnest citiem cilvēkiem. Jaunā sistēma ir izstrādāta, lai ģenētiski izplatītu malārijas rezistences pazīmi, līdz visas šo kukaiņu populācijas vairs nepārnēsā parazītu.

“Viena aminoskābe odā tiek aizstāta ar citu dabiski sastopamu aminoskābi, kas traucē inficēšanos ar malārijas parazītu, un šīs labvēlīgās mutācijas izplatīšana visā odu populācijā ir īsts sasniegums,” sacīja Bīrs, Kalifornijas Universitātes Sandjego Bioloģijas zinātņu skolas šūnu un attīstības bioloģijas katedras profesors. “Grūti noticēt, ka tik mazām izmaiņām varētu būt tik dramatiska ietekme.”

Jaunā sistēma izmanto CRISPR-Cas9 kā "ģenētiskās šķēres" un vada RNS, lai veiktu griezumu precīzā odu genoma reģionā. Pēc tam tā aizstāj nevēlamu aminoskābi, kas veicina malārijas pārnešanu, ar labvēlīgu, kas traucē šim procesam.

Sistēma ir vērsta pret gēnu, kas kodē olbaltumvielu, kas pazīstama kā FREP1. Šis proteīns palīdz odiem attīstīties un baroties ar asinīm, kad tie kož. Jaunā sistēma aizstāj aminoskābi L224 FREP1 gēnos ar citu alēli — Q224. Parazīti izmanto L224, lai nokļūtu kukaiņu siekalu dziedzeros, kur tie gatavojas inficēt jaunu saimnieku.

Dimopuls, Molekulārās mikrobioloģijas un imunoloģijas katedras profesors un Džonsa Hopkinsa Blumberga Sabiedrības veselības skolas Malārijas pētniecības institūta loceklis, un viņa laboratorija testēja Anopheles stephensi odu celmus, kas ir galvenais malārijas pārnēsātājs Āzijā. Viņi atklāja, ka L224 aizstāšana ar Q224 efektīvi bloķēja divu dažādu veidu malārijas parazītu iekļūšanu siekalu dziedzeros, tādējādi novēršot infekciju.

“Šīs pieejas skaistums slēpjas faktā, ka mēs izmantojam dabiski sastopamu odu gēna alēli. Ar vienu precīzu izmaiņu mēs to pārvēršam par spēcīgu vairogu, kas bloķē vairākas malārijas parazītu sugas — un, visticamāk, dažādās odu populācijās un sugās. Tas paver durvis pielāgojamām, reālās pasaules slimību kontroles stratēģijām,”
sacīja Džordžs Dimopuloss.

Turpmākajos testos pētnieki atklāja, ka, lai gan ģenētiskās izmaiņas neļāva parazītam inficēt organismu, odu augšana un vairošanās netika ietekmēta. Odi ar jauno Q224 versiju bija tikpat dzīvotspējīgi kā odi ar sākotnējo L224 aminoskābi, kas ir svarīgs sasniegums, ņemot vērā, ka FREP1 proteīnam ir svarīga loma odu bioloģijā neatkarīgi no tā lomas malārijas pārnešanā.

Līdzīgi kā “gēnu piedziņas” sistēma, pētnieki izstrādāja metodi, kas ļauj odu pēcnācējiem mantot Q224 alēli un izplatīt to visā populācijā, tādējādi apturot malārijas parazītu pārnešanu. Šī jaunā “alēļu piedziņas” sistēma seko līdzīgai sistēmai, kas nesen izstrādāta Bīra laboratorijā un ģenētiski maina lauksaimniecības kaitēkļu rezistenci pret insekticīdiem.

“Iepriekšējā pētījumā mēs izveidojām pašizbeidzošu dzinuli, kas atjauno augļu mušu populāciju no insekticīdu rezistences atpakaļ uz uzņēmību. Pēc tam šis ģenētiskās kasetes elements vienkārši izzūd, atstājot tikai “savvaļas” populāciju,” skaidroja Bīrs. “Līdzīga spoku sistēma varētu pārveidot odu populācijas parazītiem rezistenta FREP1Q varianta pārnēsāšanā.”

Lai gan pētnieki ir pierādījuši, ka L224 aizstāšana ar Q224 ir efektīva, viņi vēl pilnībā neizprot, kāpēc šīs izmaiņas darbojas tik efektīvi. Tiek veikti turpmāki pētījumi, lai precīzi noteiktu, kā aminoskābe Q224 bloķē parazīta iekļūšanas ceļu.

“Šis sasniegums ir nevainojamas komandas darba un inovāciju rezultāts dažādās zinātniskajās iestādēs,” piebilda Dimopuls. “Kopā mēs izmantojām dabas ģenētiskos rīkus, lai pārvērstu odus par sabiedrotajiem cīņā pret malāriju.”

Pētījums tika publicēts žurnālā Nature.