Modificarea genetică împiedică țânțarii să răspândească malaria

Țânțarii ucid mai mulți oameni în fiecare an decât orice alt animal. În 2023, insectele care sug sânge au infectat aproximativ 263 de milioane de oameni cu malarie, ducând la aproape 600.000 de decese, dintre care 80% au fost copii.

Eforturile recente de a opri transmiterea malariei au stagnat, deoarece țânțarii au dezvoltat rezistență la insecticide, iar paraziții care cauzează malaria au devenit rezistenți la medicamente. Aceste eșecuri au fost agravate de pandemia de COVID-19, care a complicat eforturile în curs de desfășurare a controlului malariei.

Acum, cercetătorii de la Universitatea din California, San Diego, Universitatea Johns Hopkins, UC Berkeley și Universitatea din Sao Paulo au dezvoltat o nouă metodă care blochează genetic capacitatea țânțarilor de a transmite malaria.

Biologii Zhiqian Li și Ethan Beer de la UC San Diego și Yuemei Dong și George Dimopoulos de la Universitatea Johns Hopkins au creat un sistem de editare genetică bazat pe CRISPR, care modifică o singură moleculă din corpul unui țânțar - o modificare minusculă, dar eficientă, care oprește transmiterea parazitului malariei. Țânțarii modificați genetic pot în continuare mușca persoanele infectate și pot prelua parazitul din sângele acestora, dar nu îl mai pot transmite altor persoane. Noul sistem este conceput pentru a răspândi genetic trăsătura de rezistență la malarie până când populații întregi ale acestor insecte nu mai sunt purtătoare ale parazitului.

„Schimbarea unui aminoacid dintr-un țânțar cu un altul natural care interferează cu infecția cu parazitul malariei - și răspândirea acestei mutații benefice în întreaga populație de țânțari - este o adevărată descoperire”, a spus Bier, profesor în cadrul departamentului de biologie celulară și a dezvoltării din cadrul Școlii de Științe Biologice a Universității California de California din San Diego. „Este greu de crezut că o schimbare atât de mică ar putea avea un efect atât de dramatic.”

Noul sistem folosește CRISPR-Cas9 ca pe o „foarfecă genetică” și ghidează ARN-ul pentru a face o tăietură într-o regiune precisă a genomului țânțarului. Apoi înlocuiește un aminoacid nedorit care facilitează transmiterea malariei cu unul benefic care interferează cu procesul.

Sistemul vizează o genă care codifică o proteină cunoscută sub numele de FREP1. Această proteină ajută țânțarii să se dezvolte și să se hrănească cu sânge atunci când mușcă. Noul sistem înlocuiește aminoacidul L224 din FREP1 cu o alelă diferită, Q224. Paraziții folosesc L224 pentru a ajunge la glandele salivare ale insectei, unde se pregătesc să infecteze o nouă gazdă.

Dimopoulos, profesor în cadrul Departamentului de Microbiologie Moleculară și Imunologie și membru al Institutului de Cercetare a Malariei din cadrul Școlii de Sănătate Publică Johns Hopkins Bloomberg, și laboratorul său au testat tulpini de țânțari Anopheles stephensi, principalul vector al malariei în Asia. Aceștia au descoperit că înlocuirea L224 cu Q224 a blocat eficient pătrunderea a două tipuri diferite de paraziți ai malariei în glandele salivare, prevenind astfel infecția.

„Frumusețea acestei abordări constă în faptul că folosim o alelă naturală a unei gene de țânțari. Cu o singură modificare precisă, o transformăm într-un scut puternic care blochează mai multe specii de paraziți ai malariei - și probabil în diferite populații și specii de țânțari. Acest lucru deschide calea către strategii adaptabile, practice, de control al bolilor”,
a declarat George Dimopoulos.

În testele ulterioare, cercetătorii au descoperit că, deși modificarea genetică a împiedicat parazitul să infecteze organismul, creșterea și reproducerea țânțarilor nu au fost afectate. Țânțarii cu noua versiune de Q224 au fost la fel de viabili ca țânțarii cu aminoacidul original L224 - o realizare importantă, având în vedere că proteina FREP1 joacă un rol important în biologia țânțarilor, independent de rolul său în transmiterea malariei.

Similar sistemului de „impulsie genetică”, cercetătorii au dezvoltat o metodă care permite urmașilor de țânțari să moștenească alela Q224 și să o răspândească în întreaga populație, oprind astfel transmiterea paraziților malariei. Acest nou sistem de „impulsie alelică” urmează un sistem similar dezvoltat recent în laboratorul lui Beer, care inversează genetic rezistența la insecticide la dăunătorii agricoli.

„În studiul anterior, am creat un mecanism auto-terminal care readuce o populație de musculițe de fructe de la rezistența la insecticide la susceptibilitate. Apoi, acel element genetic tip casetă dispare pur și simplu, lăsând în urmă doar o populație «sălbatică»”, a explicat Bier. „Un sistem fantomă similar ar putea converti populațiile de țânțari în a fi purtătoare ale variantei FREP1Q rezistente la paraziți.”

Deși cercetătorii au demonstrat că înlocuirea L224 cu Q224 este eficientă, ei nu înțeleg încă pe deplin de ce această modificare funcționează atât de eficient. Sunt în curs de desfășurare studii suplimentare pentru a determina exact cum blochează aminoacidul Q224 calea de pătrundere a parazitului.

„Această descoperire este rezultatul unei munci în echipă impecabile și al inovației la nivelul tuturor instituțiilor științifice”, a adăugat Dimopoulos. „Împreună, am folosit instrumentele genetice ale naturii pentru a transforma țânțarii în aliați în lupta împotriva malariei.”

Studiul a fost publicat în revista Nature.