Genetinė modifikacija neleidžia uodams platinti maliariją

Uodai kasmet pražudo daugiau žmonių nei bet kuris kitas gyvūnas. 2023 m. šie kraujasiurbiai vabzdžiai užkrėtė maliarija maždaug 263 milijonus žmonių, nuo kurios mirė beveik 600 000 žmonių, iš kurių 80 % buvo vaikai.

Pastaruoju metu dedamos pastangos sustabdyti maliarijos plitimą įstrigo, nes uodai įgijo atsparumą insekticidams, o maliariją sukeliantys parazitai tapo atsparūs vaistams. Šias kliūtis dar labiau apsunkino COVID-19 pandemija, kuri apsunkino nuolatines maliarijos kontrolės pastangas.

Dabar Kalifornijos universiteto San Diege, Johnso Hopkinso universiteto, Kalifornijos universiteto Berklyje ir San Paulo universiteto mokslininkai sukūrė naują metodą, kuris genetiškai blokuoja uodų gebėjimą perduoti maliariją.

Kalifornijos universiteto San Diego biologai Zhiqian Li ir Ethan Beer bei Johnso Hopkinso universiteto Yuemei Dong ir George'as Dimopoulosas sukūrė CRISPR pagrįstą genų redagavimo sistemą, kuri pakeičia vieną uodo kūno molekulę – tai mažas, bet veiksmingas pokytis, sustabdantis maliarijos parazito perdavimą. Genetiškai modifikuoti uodai vis dar gali kandžioti užsikrėtusius žmones ir pasiimti parazitą iš jų kraujo, tačiau jie nebegali jo perduoti kitiems žmonėms. Naujoji sistema sukurta genetiškai platinti atsparumo maliarijai požymį, kol visos šių vabzdžių populiacijos nebenešios parazito.

„Vienos aminorūgšties pakeitimas uodo organizme kita natūraliai susidarančia, kuri trukdo maliarijos parazito sukeltai infekcijai, ir šios naudingos mutacijos išplitimas visoje uodų populiacijoje yra tikras proveržis“, – teigė Bier, Kalifornijos universiteto San Diego Biologijos mokslų mokyklos ląstelių ir raidos biologijos katedros profesorius. „Sunku patikėti, kad toks mažas pokytis gali turėti tokį dramatišką poveikį.“

Naujoji sistema naudoja CRISPR-Cas9 kaip „genetines žirkles“ ir nukreipia RNR, kad atliktų pjūvį tiksliame uodo genomo regione. Tada ji pakeičia nepageidaujamą aminorūgštį, kuri palengvina maliarijos perdavimą, naudinga, kuri trukdo šiam procesui.

Sistema veikia geną, kuris koduoja baltymą, žinomą kaip FREP1. Šis baltymas padeda uodams vystytis ir maitintis krauju, kai jie įkanda. Naujoji sistema pakeičia FREP1 aminorūgštį L224 kitu aleliu – Q224. Parazitai naudoja L224, kad pasiektų vabzdžio seilių liaukas, kur jie ruošiasi užkrėsti naują šeimininką.

Dimopoulos, Molekulinės mikrobiologijos ir imunologijos katedros profesorius ir Johnso Hopkinso Bloombergo visuomenės sveikatos mokyklos Maliarijos tyrimų instituto narys, ir jo laboratorija ištyrė Anopheles stephensi uodų, pagrindinio maliarijos vektoriaus Azijoje, padermes. Jie nustatė, kad L224 pakeitimas Q224 veiksmingai užblokavo dviejų skirtingų tipų maliarijos parazitų patekimą į seilių liaukas, taip užkertant kelią infekcijai.

„Šio metodo grožis yra tas, kad mes naudojame natūraliai susidariusį uodo geno alelį. Vienu tiksliu pakeitimu paverčiame jį galingu skydu, kuris blokuoja kelias maliarijos parazitų rūšis – ir tikėtina, kad skirtingose uodų populiacijose ir rūšyse. Tai atveria duris pritaikomoms, realaus pasaulio ligų kontrolės strategijoms“, –
teigė George'as Dimopoulosas.

Vėlesnių tyrimų metu tyrėjai nustatė, kad nors genetinis pokytis neleido parazitui užkrėsti organizmo, uodų augimas ir dauginimasis nepakito. Uodai su naująja Q224 versija buvo tokie pat gyvybingi, kaip ir uodai su originalia L224 aminorūgštimi – tai svarbus pasiekimas, atsižvelgiant į tai, kad FREP1 baltymas atlieka svarbų vaidmenį uodų biologijoje, nepriklausomai nuo jo vaidmens perduodant maliariją.

Panašiai kaip „genų pavaros“ sistema, tyrėjai sukūrė metodą, kuris leidžia uodų palikuonims paveldėti Q224 alelį ir jį platinti visoje populiacijoje, taip sustabdydamas maliarijos parazitų perdavimą. Ši nauja „alelių pavaros“ sistema seka panašią sistemą, neseniai sukurtą Beero laboratorijoje, kuri genetiškai panaikina žemės ūkio kenkėjų atsparumą insekticidams.

„Ankstesniame tyrime sukūrėme savaime panaikinančią varomąją jėgą, kuri grąžina vaisinių muselių populiaciją iš atsparumo insekticidams į jautrumą. Tada šis genetinis kasetės elementas tiesiog išnyksta, paliekant tik „laukinę“ populiaciją“, – aiškino Bier. „Panaši vaiduokliška sistema galėtų paversti uodų populiacijas parazitams atsparaus FREP1Q varianto nešiotoju.“

Nors tyrėjai įrodė, kad L224 pakeitimas Q224 yra veiksmingas, jie dar iki galo nesupranta, kodėl šis pakeitimas veikia taip efektyviai. Šiuo metu atliekami tolesni tyrimai, siekiant tiksliai nustatyti, kaip aminorūgštis Q224 blokuoja parazito patekimo kelią.

„Šis proveržis yra nepriekaištingo komandinio darbo ir inovacijų visose mokslo įstaigose rezultatas“, – pridūrė Dimopoulos. „Kartu panaudojome gamtos genetinius įrankius, kad uodai taptų sąjungininkais kovoje su maliarija.“

Tyrimas buvo paskelbtas žurnale „Nature“.