Genetická modifikace brání komárům v šíření malárie

Komáři každoročně zabijí více lidí než kterákoli jiná zvířata. V roce 2023 tento krev sající hmyz nakazil malárií odhadem 263 milionů lidí, což vedlo k téměř 600 000 úmrtím, z nichž 80 % tvořily děti.

Nedávné snahy o zastavení přenosu malárie se zastavily, protože komáři si vyvinuli rezistenci vůči insekticidům a paraziti způsobující malárii se stali rezistentními vůči lékům. Tyto neúspěchy ještě zhoršila pandemie COVID-19, která zkomplikovala probíhající úsilí o kontrolu malárie.

Vědci z Kalifornské univerzity v San Diegu, Univerzity Johnse Hopkinse, Kalifornské univerzity v Berkeley a Univerzity v Sao Paulu nyní vyvinuli novou metodu, která geneticky blokuje schopnost komárů přenášet malárii.

Biologové Zhiqian Li a Ethan Beer z Kalifornské univerzity v San Diegu a Yuemei Dong a George Dimopoulos z Univerzity Johnse Hopkinse vytvořili systém pro editaci genů založený na technologii CRISPR, který mění jedinou molekulu v těle komára – je to malá, ale účinná změna, která zastaví přenos parazita malárie. Geneticky modifikovaní komáři mohou stále kousat nakažené lidi a přenášet parazita z jejich krve, ale již ho nemohou přenášet na jiné lidi. Nový systém je navržen tak, aby geneticky šířil vlastnost odolnosti vůči malárii, dokud celé populace tohoto hmyzu již parazita nebudou nositeli.

„Změna jedné aminokyseliny v komárovi za jinou, přirozeně se vyskytující, která narušuje infekci parazitem malárie – a šíření této prospěšné mutace v celé populaci komárů – je skutečným průlomem,“ řekl Bier, profesor na katedře buněčné a vývojové biologie na Biologické fakultě Kalifornské univerzity v San Diegu. „Je těžké uvěřit, že tak malá změna může mít tak dramatický účinek.“

Nový systém využívá CRISPR-Cas9 jako „genetické nůžky“ a vede RNA k provedení řezu v přesné oblasti komářího genomu. Poté nahradí nežádoucí aminokyselinu, která usnadňuje přenos malárie, prospěšnou aminokyselinou, která tento proces narušuje.

Systém cílí na gen, který kóduje protein známý jako FREP1. Tento protein pomáhá komárům vyvíjet se a živit se krví, když štípou. Nový systém nahrazuje aminokyselinu L224 v genu FREP1 jinou alelou, Q224. Paraziti používají L224 k tomu, aby se dostali do slinných žláz hmyzu, kde se připravují na infekci nového hostitele.

Dimopoulos, profesor na katedře molekulární mikrobiologie a imunologie a člen Výzkumného ústavu malárie na Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health, a jeho laboratoř testovali kmeny komárů Anopheles stephensi, hlavního přenašeče malárie v Asii. Zjistili, že nahrazení L224 za Q224 účinně blokuje vstup dvou různých typů malarických parazitů do slinných žláz, čímž zabraňuje infekci.

„Krása tohoto přístupu spočívá v tom, že používáme přirozeně se vyskytující alelu genu komára. Jednou přesnou změnou ji proměníme v silný štít, který blokuje více druhů parazitů malárie – a pravděpodobně v různých populacích a druzích komárů. To otevírá dveře k adaptabilním strategiím kontroly nemocí v reálném světě,“
řekl George Dimopoulos.

V následných testech vědci zjistili, že ačkoli genetická změna zabránila parazitovi v infikování těla, růst a reprodukce komárů nebyly ovlivněny. Komáři s novou verzí Q224 byli stejně životaschopní jako komáři s původní aminokyselinou L224 – což je důležitý úspěch, vzhledem k tomu, že protein FREP1 hraje důležitou roli v biologii komárů, nezávisle na své roli v přenosu malárie.

Podobně jako systém „gene drive“ vyvinuli vědci metodu, která umožňuje potomkům komárů zdědit alelu Q224 a šířit ji v celé populaci, čímž se zastaví přenos parazitů malárie. Tento nový systém „alelického drive“ navazuje na podobný systém nedávno vyvinutý v Beerově laboratoři, který geneticky obrací rezistenci vůči insekticidům u zemědělských škůdců.

„V předchozí studii jsme vytvořili samoumírající mechanismus, který vrací populaci octomilek z rezistenci vůči insekticidům zpět na náchylnost. Pak tento genetický kazetový prvek jednoduše zmizí a zůstane pouze ‚divoká‘ populace,“ vysvětlil Bier. „Podobný fiktivní systém by mohl přeměnit populace komárů tak, aby nesly variantu FREP1Q odolnou vůči parazitům.“

Ačkoli vědci prokázali, že nahrazení L224 aminokyselinou Q224 je účinné, zatím plně nechápou, proč tato změna funguje tak efektivně. Probíhají další studie, které by měly přesně určit, jak aminokyselina Q224 blokuje vstup parazita do těla.

„Tento průlom je výsledkem bezchybné týmové práce a inovací napříč vědeckými institucemi,“ dodal Dimopoulos. „Společně jsme využili genetické nástroje přírody k tomu, abychom z komárů udělali spojence v boji proti malárii.“

Studie byla publikována v časopise Nature.