A genetikai módosítás megakadályozza, hogy a szúnyogok maláriát terjesszenek

A szúnyogok évente több embert ölnek meg, mint bármely más állat. 2023-ban a vérszívó rovarok becslések szerint 263 millió embert fertőztek meg maláriával, ami közel 600 000 halálesetet okozott, akiknek 80%-a gyermek volt.

A malária terjedésének megállítására irányuló közelmúltbeli erőfeszítések elakadtak, mivel a szúnyogok rezisztenssé váltak a rovarirtó szerekkel szemben, a maláriát okozó paraziták pedig rezisztenssé váltak a gyógyszerekkel szemben. Ezeket a kudarcokat súlyosbította a COVID-19 világjárvány, amely bonyolította a folyamatban lévő malária-ellenőrzési erőfeszítéseket.

A San Diegó-i Kaliforniai Egyetem, a Johns Hopkins Egyetem, a Kaliforniai Egyetem Berkeley-je és a Sao Pauló-i Egyetem kutatói most egy új módszert fejlesztettek ki, amely genetikailag blokkolja a szúnyogok maláriaterjesztő képességét.

A Kaliforniai Egyetem (UC San Diego) biológusai, Zhiqian Li és Ethan Beer, valamint a Johns Hopkins Egyetem Yuemei Dong és George Dimopoulos biológusai egy CRISPR-alapú génszerkesztő rendszert hoztak létre, amely egyetlen molekulát módosít a szúnyog testében – egy apró, de hatékony változás, amely megállítja a malária parazita terjedését. A genetikailag módosított szúnyogok továbbra is megcsíphetik a fertőzött embereket, és felvehetik a parazitát a vérükből, de már nem tudják átadni másoknak. Az új rendszer célja, hogy genetikailag terjessze a malária-rezisztencia tulajdonságot, amíg ezeknek a rovaroknak a teljes populációja már nem hordozza a parazitát.

„Egy szúnyogban lévő aminosavat egy másik, természetesen előforduló aminosavra cserélni, amely megzavarja a malária parazita fertőzését – és ezt a jótékony mutációt elterjeszteni a szúnyogpopulációban – valódi áttörést jelent” – mondta Bier, a UC San Diego Biológiai Tudományok Iskolájának sejt- és fejlődésbiológiai tanszékének professzora. „Nehéz elhinni, hogy egy ilyen apró változás ilyen drámai hatással lehet.”

Az új rendszer a CRISPR-Cas9-et „genetikai ollóként” használja, és irányítja az RNS-t, hogy a szúnyog genomjának egy pontos régiójában elvágást végezzen. Ezután egy nemkívánatos, a malária terjedését elősegítő aminosavat egy hasznos, a folyamatot megzavaró aminosavval helyettesít.

A rendszer egy olyan gént céloz meg, amely egy FREP1 néven ismert fehérjét kódol. Ez a fehérje segíti a szúnyogokat a fejlődésben és a vérrel való táplálkozásban csípéskor. Az új rendszer a FREP1-ben található L224 aminosavat egy másik alléllal, a Q224-gyel helyettesíti. A paraziták az L224-et használják a rovar nyálmirigyeihez való eljutáshoz, ahol felkészülnek egy új gazdaszervezet megfertőzésére.

Dimopoulos, a Molekuláris Mikrobiológiai és Immunológiai Tanszék professzora, valamint a Johns Hopkins Bloomberg Közegészségügyi Iskola Maláriakutató Intézetének tagja, laboratóriumában az Anopheles stephensi szúnyogok törzseit tesztelte, amelyek Ázsia fő maláriavektorai. Azt találták, hogy az L224 Q224-gyel való helyettesítése hatékonyan megakadályozta két különböző típusú maláriaparazita bejutását a nyálmirigyekbe, ezáltal megelőzve a fertőzést.

„Ennek a megközelítésnek a szépsége abban rejlik, hogy egy szúnyoggén természetes allélját használjuk. Egyetlen pontos változtatással egy hatékony pajzzsá alakítjuk, amely több malária parazitafajt is blokkol – valószínűleg különböző szúnyogpopulációkban és fajokban. Ez megnyitja az utat az adaptálható, valós betegségellenőrzési stratégiák előtt” –
mondta George Dimopoulos.

A későbbi tesztek során a kutatók azt találták, hogy bár a genetikai változás megakadályozta a parazita megfertőzését a szervezetben, a szúnyogok növekedését és szaporodását nem befolyásolta. Az új Q224 aminosavval rendelkező szúnyogok ugyanolyan életképesek voltak, mint az eredeti L224 aminosavval rendelkező szúnyogok – ez fontos eredmény, tekintve, hogy a FREP1 fehérje fontos szerepet játszik a szúnyogbiológiában, függetlenül a malária terjesztésében betöltött szerepétől.

A „génmeghajtású” rendszerhez hasonlóan a kutatók kifejlesztettek egy módszert, amely lehetővé teszi a szúnyog utódok számára, hogy örököljék a Q224 allélt, és elterjesszék azt a populációban, ezáltal megállítva a malária paraziták terjedését. Ez az új „allélmeghajtású” rendszer a Beer laboratóriumában nemrégiben kifejlesztett hasonló rendszert követi, amely genetikailag visszafordítja a mezőgazdasági kártevők rovarirtó szerekkel szembeni rezisztenciáját.

„Abban a korábbi tanulmányban létrehoztunk egy önmegszüntető hajtóerőt, amely a gyümölcslégy populációját a rovarirtó szerekkel szembeni rezisztenciából visszaállítja fogékonysággá. Ezután ez a genetikai kazettaelem egyszerűen eltűnik, és csak egy „vad” populáció marad” – magyarázta Bier. „Egy hasonló szellemrendszer átalakíthatná a szúnyogpopulációkat, hogy hordozzák a parazita-rezisztens FREP1Q variánst.”

Bár a kutatók kimutatták, hogy az L224 Q224-gyel való helyettesítése hatékony, még nem teljesen értik, hogy ez a változás miért működik ilyen hatékonyan. További vizsgálatok folynak annak meghatározására, hogy pontosan hogyan blokkolja a Q224 aminosav a parazita bejutási útját.

„Ez az áttörés a tudományos intézmények közötti kifogástalan csapatmunka és innováció eredménye” – tette hozzá Dimopoulos. „Együtt a természet saját genetikai eszközeit használtuk, hogy a szúnyogokat szövetségesekké alakítsuk a malária elleni küzdelemben.”

A tanulmány a Nature folyóiratban jelent meg.