Genetická modifikácia zabraňuje šíreniu malárie komármi

Komáre zabíjajú každý rok viac ľudí ako akékoľvek iné zviera. V roku 2023 tento krv cicajúci hmyz nakazil maláriou odhadom 263 miliónov ľudí, čo viedlo k takmer 600 000 úmrtiam, z ktorých 80 % tvorili deti.

Nedávne snahy o zastavenie prenosu malárie sa zastavili, pretože komáre si vyvinuli odolnosť voči insekticídom a parazity spôsobujúce maláriu sa stali odolnými voči liekom. Tieto neúspechy ešte zhoršila pandémia COVID-19, ktorá skomplikovala prebiehajúce úsilie o kontrolu malárie.

Výskumníci z Kalifornskej univerzity v San Diegu, Univerzity Johnsa Hopkinsa, Kalifornskej univerzity v Berkeley a Univerzity v Sao Paule teraz vyvinuli novú metódu, ktorá geneticky blokuje schopnosť komárov prenášať maláriu.

Biológovia Zhiqian Li a Ethan Beer z Kalifornskej univerzity v San Diegu a Yuemei Dong a George Dimopoulos z Univerzity Johnsa Hopkinsa vytvorili systém génovej úpravy založený na technológii CRISPR, ktorý mení jednu molekulu v tele komára – ide o malú, ale účinnú zmenu, ktorá zastaví prenos parazita malárie. Geneticky modifikované komáre môžu stále uhryznúť infikovaných ľudí a preniesť parazita z ich krvi, ale už ho nemôžu prenášať na iných ľudí. Nový systém je navrhnutý tak, aby geneticky šíril vlastnosť odolnosti voči malárii, až kým celé populácie tohto hmyzu už nebudú nosičmi parazita.

„Zmena jednej aminokyseliny v komárovi za inú, prirodzene sa vyskytujúcu, ktorá bráni infekcii parazitom malárie – a šírenie tejto prospešnej mutácie v celej populácii komárov – je skutočným prielomom,“ povedal Bier, profesor na katedre bunkovej a vývojovej biológie na Biologickej fakulte Kalifornskej univerzity v San Diegu. „Je ťažké uveriť, že taká malá zmena by mohla mať taký dramatický účinok.“

Nový systém využíva CRISPR-Cas9 ako „genetické nožnice“ a riadi RNA na vytvorenie rezu v presnej oblasti genómu komára. Následne nahradí nežiaducu aminokyselinu, ktorá uľahčuje prenos malárie, prospešnou aminokyselinou, ktorá tento proces narúša.

Systém sa zameriava na gén, ktorý kóduje proteín známy ako FREP1. Tento proteín pomáha komárom vyvíjať sa a živiť sa krvou, keď ich uhryznú. Nový systém nahrádza aminokyselinu L224 v géne FREP1 inou alelou, Q224. Parazity používajú L224 na to, aby sa dostali do slinných žliaz hmyzu, kde sa pripravujú na infikovanie nového hostiteľa.

Dimopoulos, profesor na Katedre molekulárnej mikrobiológie a imunológie a člen Výskumného ústavu malárie na Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health, a jeho laboratórium testovali kmene komárov Anopheles stephensi, hlavného prenášača malárie v Ázii. Zistili, že nahradenie L224 za Q224 účinne blokuje vstup dvoch rôznych typov parazitov malárie do slinných žliaz, čím zabraňuje infekcii.

„Krása tohto prístupu spočíva v tom, že používame prirodzene sa vyskytujúcu alelu génu komára. Jednou presnou zmenou ju premeníme na silný štít, ktorý blokuje viacero druhov parazitov malárie – a pravdepodobne v rôznych populáciách a druhoch komárov. To otvára dvere k adaptabilným stratégiám kontroly chorôb v reálnom svete,“
povedal George Dimopoulos.

V následných testoch výskumníci zistili, že hoci genetická zmena zabránila parazitovi infikovať telo, rast a reprodukcia komárov neboli ovplyvnené. Komáre s novou verziou Q224 boli rovnako životaschopné ako komáre s pôvodnou aminokyselinou L224 – čo je dôležitý úspech, keďže proteín FREP1 hrá dôležitú úlohu v biológii komárov, nezávisle od jeho úlohy pri prenose malárie.

Podobne ako systém „génového pohonu“, aj výskumníci vyvinuli metódu, ktorá umožňuje potomkom komárov zdediť alelu Q224 a šíriť ju v populácii, čím sa zastaví prenos parazitov malárie. Tento nový systém „alelického pohonu“ nadväzuje na podobný systém nedávno vyvinutý v Beerovom laboratóriu, ktorý geneticky obracia rezistenciu voči insekticídom u poľnohospodárskych škodcov.

„V predchádzajúcej štúdii sme vytvorili samoukončujúci mechanizmus, ktorý vracia populáciu ovocných mušiek z rezistencie voči insekticídom späť na náchylnosť. Potom tento genetický kazetový prvok jednoducho zmizne a zostane len „divoká“ populácia,“ vysvetlil Bier. „Podobný systém duchov by mohol premeniť populácie komárov na nosiče variantu FREP1Q odolného voči parazitom.“

Hoci výskumníci preukázali, že nahradenie L224 aminokyselinou Q224 je účinné, zatiaľ úplne nechápu, prečo táto zmena funguje tak efektívne. Prebiehajú ďalšie štúdie, ktoré presne určia, ako aminokyselina Q224 blokuje vstupnú cestu parazita.

„Tento prielom je výsledkom bezchybnej tímovej práce a inovácií naprieč vedeckými inštitúciami,“ dodal Dimopoulos. „Spoločne sme využili genetické nástroje prírody, aby sme z komárov urobili spojencov v boji proti malárii.“

Štúdia bola publikovaná v časopise Nature.