Генетическая модификация не даёт комарам распространять малярию

Комары убивают больше людей ежегодно, чем любое другое животное. В 2023 году эти кровососущие насекомые заразили, по данным, 263 миллиона человек малярией, что привело к почти 600 000 смертей, 80% из которых — дети.

Недавние попытки остановить передачу малярии застопорились, поскольку у комаров выработалась устойчивость к инсектицидам, а паразиты, вызывающие малярию, стали устойчивыми к лекарствам. Эти неудачи усугубились пандемией COVID-19, которая затруднила текущие усилия по борьбе с малярией.

Теперь исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего, Университета Джонса Хопкинса, UC Беркли и Университета Сан-Паулу разработали новый метод, который генетически блокирует способность комаров передавать малярию.

Биологи Чжицянь Ли и Итан Бир из UC Сан-Диего, а также Юэмэй Дун и Джордж Димопулос из Университета Джонса Хопкинса создали систему редактирования генов на основе CRISPR, которая изменяет одну единственную молекулу в организме комара — крошечное, но эффективное изменение, которое останавливает процесс передачи малярийного паразита. Генетически модифицированные комары по-прежнему могут кусать заражённых людей и получать паразитов из их крови, но больше не могут передавать их другим людям. Новая система разработана так, чтобы генетически распространить признак устойчивости к малярии, пока все популяции этих насекомых не перестанут переносить паразитов.

«Замена одной аминокислоты у комара на другую, естественным образом встречающуюся, которая мешает заражению малярийным паразитом — и распространение этой полезной мутации по всей популяции комаров — это настоящий прорыв», — сказал Бир, профессор кафедры клеточной и развивающейся биологии в Школе биологических наук UC Сан-Диего. — «Трудно поверить, что такое незначительное изменение может иметь столь драматический эффект».

Новая система использует CRISPR-Cas9 как «генетические ножницы» и направляющую РНК, чтобы сделать разрез в точной области генома комара. Затем она заменяет нежелательную аминокислоту, способствующую передаче малярии, на полезную, которая препятствует этому процессу.

Система нацелена на ген, который кодирует белок, известный как FREP1. Этот белок помогает комарам развиваться и питаться кровью при укусе. Новая система заменяет аминокислоту L224 в FREP1 на другую аллель — Q224. Паразиты используют L224, чтобы добраться до слюнных желёз насекомого, где они и готовятся к заражению нового хозяина.

Димопулос, профессор кафедры молекулярной микробиологии и иммунологии и сотрудник Малярийного исследовательского института Университета Джонса Хопкинса (Школа общественного здравоохранения им. Блумберга), и его лаборатория протестировали штаммы комаров Anopheles stephensi — основного переносчика малярии в Азии. Они обнаружили, что замена L224 на Q224 эффективно блокирует два различных типа малярийных паразитов от проникновения в слюнные железы, тем самым предотвращая заражение.

«Красота этого подхода в использовании естественно встречающегося аллеля гена комара. С одним точным изменением мы превращаем его в мощный щит, который блокирует несколько видов малярийных паразитов — и, вероятно, в разных популяциях и видах комаров. Это открывает путь к адаптируемым, применимым в реальных условиях стратегиям контроля болезни»,
— отметил Джордж Димопулос.

В последующих испытаниях исследователи обнаружили, что несмотря на то, что эта генетическая замена мешает паразитам заражать организм, рост и размножение комаров остаются без изменений. Комары с новой версией Q224 показывали такую же жизнеспособность, как и комары с исходной аминокислотой L224 — важное достижение, учитывая, что белок FREP1 играет важную роль в биологии комаров, независимо от его участия в переносе малярии.

Аналогично системе «генетического драйва», исследователи разработали метод, позволяющий потомству комаров унаследовать аллель Q224 и распространять его по популяции, тем самым останавливая передачу малярийных паразитов. Эта новая система «аллельного драйва» следует аналогичной системе, недавно разработанной в лаборатории Бира, которая генетически обращает устойчивость к инсектицидам у вредителей сельского хозяйства.

«В том предыдущем исследовании мы создали самоустраняющийся драйв, который возвращает популяцию плодовых мушек от устойчивости к инсектицидам обратно к восприимчивости. Затем этот генетический кассетный элемент просто исчезает, оставляя только “одичавшую” популяцию», — объяснил Бир. — «Аналогичная система-призрак может преобразовать популяции комаров в носителей устойчивого к паразитам варианта FREP1Q».

Хотя исследователи доказали эффективность замены L224 на Q224, они пока не до конца понимают, почему это изменение работает так эффективно. Ведутся дальнейшие исследования того, как именно аминокислота Q224 блокирует путь проникновения паразита.

«Этот прорыв стал результатом безупречной командной работы и инноваций между научными учреждениями», — добавил Димопулос. — «Мы вместе использовали собственные генетические инструменты природы, чтобы превратить комаров в союзников в борьбе с малярией».

Исследование опубликовано в журнале Nature.