Новости и мнения

Помогут ли ГМ-насекомые остановить болезнь?

Разнообразные генетические стратегии борьбы с болезнями, передаваемыми насекомыми, близки к зрелости.

Insects transmit some of the world’s most debilitating pathogens, including those responsible for malaria, dengue fever, Chagas disease, and sleeping sickness. Насекомые передают некоторые из самых изнурительных патогенов в мире, в том числе те, которые ответственны за малярию, лихорадку денге, болезнь Шагаса и сонную болезнь. Поэтому, естественно, лучший способ борьбы с этими опасными для жизни болезнями у их источника. Исторически стратегии борьбы с малярией и лихорадкой включали борьбу с популяциями насекомых с использованием инсектицидов, но в последние годы исследователи обратились к генной инженерии. Разрабатывая комаров, которые не несут таких болезнетворных микроорганизмов, исследователи надеются остановить распространение болезней.

После многих лет обнадеживающего развития такие генетически модифицированные комары могут, наконец, приблизиться к тому, чтобы доказать свою ценность. Полевые испытания генетически стерилизованных комаров, предназначенные для видов, переносящих денге, демонстрируют обнадеживающее подавление популяций комаров, в то время как различные генетически манипулируемые малярией или устойчивые к лихорадке комары приближают свои шансы для борьбы с инфекциями, передаваемыми комарами за пределами лаборатории.

Выбраковка насекомых

Исследователи, создающие генетически модифицированных (ГМ) насекомых, обычно преследуют одну из двух целей. «Я называю их стратегиями« кусай, не кусай », – сказал Энтони Джеймс , молекулярный генетик из Калифорнийского университета в Ирвине. Стратегии «укуса» модифицируют насекомых таким образом, чтобы предотвратить передачу болезни людям, тогда как стратегии «укуса» направлены на сокращение или уничтожение популяций насекомых в целом, например, делая их неспособными к производству жизнеспособного потомства.

Аналогичная стратегия, известная как метод стерильных насекомых (SIT), использовалась для успешного сокращения популяций мухи цеце, которые переносят паразита, вызывающего сонную болезнь. В СИТ самцов насекомых стерилизуют облучением, а затем выпускают в дикую природу, где они размножаются с дикими самками, но не дают потомства, тем самым сокращая размер следующего поколения. Регулярно выпуская достаточно стерильных самцов, чиновники могут резко сократить количество насекомых-переносчиков болезней.

Использование генной инженерии могло бы упростить стратегию SIT, сказал генетик Люк Алфей из Оксфордского университета. В 2002 году Алфей разработал метод, который он назвал RIDL – выпуск насекомых, несущих доминирующее летальное состояние. Он модифицировал Aedes aegytpi , основных носителей лихорадки денге, для экспрессии смертельного токсина в виде личинок, но только тогда, когда он не подвергался воздействию антибиотика тетрациклина. Диета с пищей, богатой тетрациклином, позволяет ГМ-насекомым нормально развиваться в лаборатории, а затем попадает в дикую природу, где нет тетрациклина, и потомство, унаследовавшее ген токсина, будет убито до взрослой жизни.

В том же году Alphey создал компанию Oxitec для реализации своих модифицированных комаров в полевых условиях. На сегодняшний день Oxitec сотрудничает с правительствами на Каймановых островах, в Малайзии и Бразилии, чтобы начать выпускать своих комаров в зараженные денге районы. Только в прошлом году они сообщили о 80-процентном подавлении комаров на Каймановых островах, и процесс в Бразилии продолжается.

Алфей и его коллеги из Оксфордского университета и Лондонского имперского колледжа также разрабатывают аналогичную стратегию «без укуса» на основе тетрациклина, которая делает женщин бескрылыми. И еще одно сотрудничество между исследователями из Калифорнийского технологического института и Имперского колледжа в Лондоне занимается разработкой генетически модифицированных самцов, называемых «семела», которые содержат токсин, который убивает диких самок при спаривании. Эти методы еще предстоит проверить в полевых условиях.

Без комаров без болезней

Как только малярийный паразит попадает в комара Anopheles , ему требуется 2 недели, чтобы завершить жизненный цикл своего хозяина, добраться до слюнных желез комара и заразиться людьми. Это дает золотую возможность для исследователей, которые надеются разработать стратегии повышения устойчивости комаров к паразиту Plasmodium – так называемые стратегии «укуса», пояснил Марсело Рамалхо-Ортигао , энтомолог из штата Канзас.

Некоторые исследователи разрабатывают комаров для экспрессии, например, противомалярийных пептидов и ферментов, которые подавляют развитие паразитов. Другие, в том числе Джеймс, нацелены на более ранние стадии заражения, конструируя комаров для экспрессии антител мыши, которые блокируют проникновение плазмодия в ткани комара.

Исследователи из Университета Джона Хопкинса (JHU) пробуют другую тактику – настраивают собственную иммунную систему комаров . Несколько паразитов, достаточно устойчивых, чтобы избежать иммунной системы москита, являются теми, которые передают болезнь, но молекулярный биолог JHU Джордж Димуполос подозревал, что «если мы повысим естественный иммунный ответ [москита], возможно, мы сможем достичь полной устойчивости».

Группа Димопулоса уже разработала трансгенных комаров Anopheles, которые в лаборатории лучше сопротивлялись инфекции Plasmodium , с небольшими затратами на долголетие и плодовитость, и исследователи в настоящее время разрабатывают аналогичные стратегии для борьбы с лихорадкой денге у комаров A. aegypti .

GM против дикого

Успех стратегий укуса и укуса зависит от способности комаров ГМ распространяться через дикую популяцию. Когда комар ГМ спаривается с диким комаром, только некоторые из потомков будут нести новые гены устойчивости к трансгенным заболеваниям. Чтобы гарантировать, что трансгенные гены вытесняются в дикие популяции, ученые разрабатывают стратегии «генного драйва», которые гарантируют, что потомство спаривания ГМ-дикий будет нести новые гены устойчивости.

Стратегия Семела требует особенно умного подхода. В то время как ГМ самцы несут токсин, который убивает диких самок, исследователи также разработали ГМ самок, которые несут противоядие. Таким образом, мужские ГМ-комары производят потомство только с ГМ-самками, которые гарантированно выражают ГМ-признаки, при этом убивая диких самок для сокращения популяции дикого типа.

Другой многообещающий метод генного драйва, еще не опробованный на комарах, использует генетический элемент под названием Medea , микроРНК материнского происхождения, которая подавляет экспрессию белка, важного для развития эмбрионов, в сочетании с геном, который спасает потомство. Если трансгенные самки плодоносят вместе с нетрансгенными самцами, то только те потомки, которые унаследовали Медею от матери, доживают до зрелого возраста. Сочетая Медею с интересующими трансгенными генами, например, такими, которые придают устойчивость к малярии комарам, ученые надеются быстро размножить трансгены в популяциях насекомых.

Еще один метод, находящийся в стадии разработки, основан на эндонуклеазе, называемой I-SceI. Гены хоминг-эндонуклеазы (HEG) – это эгоистичные генетические элементы, которые могут распространяться в гомологичные хромосомы, превращая гетерозиготные носители в гомозиготы, которые должны передавать HEG. Действительно, когда исследователи разработали комаров Anopheles gambiae для переноски I-Scel, они обнаружили, что они быстро распространяются в клетках. Следующим шагом является внедрение трансгенных генов в I-Scel, что, как надеются исследователи, обеспечит их быстрое распространение.

Хотя ни один из этих методов еще не был испытан в полевых условиях, «я уверен, что для комаров будет разработана система генного привода», – сказал Димопулос. И так как в поздней стадии развития очень много различных ГМ-комаров, контролирующих болезни, он предсказывает, что эти методы будут внедрены в полевые испытания и возможную практику «в ближайшие 5 лет или около того».

Обсуждение

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *