Hva er Gene Drives? Hvordan forskere kjemper tilbake mot døde mygg

Hva er det dødeligste dyret på jorden? Det er et spørsmål som tar hensyn til fryktelige løver, tigre, haier og krokodiller. Men svaret er et dyr som ikke er mer enn 1 centimeter langt.

Noen få myggarter, ut av tusenene som befolker forskjellige miljøer, er de dødeligste dyrene på jorden. Anopheles muskler alene, overfører malaria gjennom bitt og smitter årlig over 200 millioner mennesker, og er ansvarlig for 400.000 dødsfall per år, hvorav 70 prosent er barn under 5 år.

Andre myggarter overfører også sykdommer - dengue, West Nile, og Zika - gjennom deres bite.

Vi er genetikere ved Imperial College i London som fokuserer på mygg og dets rolle som en vektor av sykdom. I mer enn 20 år har vi fokusert på utvikling av genetisk manipulerte mygg. Det er fordi tiår med malariakontroll har lært oss at den mest effektive strategien for å forebygge malaria er å kontrollere myggen selv. År med forskning har ført til utviklingen av det ultimative og sofistikerte genetiske verktøyet kalt "genstasjon." Når det er riktig konstruert, kan det eliminere myggpopulasjoner plassert i bur i laboratoriet.

Se også: Hvordan Millioner Parasitt-Ridede Mosquitos Raised By Robots Kan Bekjempe Zika

Vi bekjemper mosquito-boresykdommer hver dag

Bare kvinnelige mygg bidrar mennesker. De drikker menneskelig blod for å samle næringsstoffer for å produsere eggene sine. Hvis den kvinnelige mygg er infisert med et virus eller en parasitt, vil den overføre infeksjonen til den bitte personen. Senere, hvis en uinfisert mygg biter det nyinfiserte mennesket, vil det hente mikroorganismen og det vil også kunne spre sykdommen til andre personer.

For en sykdom som malaria, som er en trussel mot nesten halvparten av verdens befolkning, har offentlige helseinitiativer brukt en rekke metoder for å målrette malaria parasitten selv, som vaksiner og narkotika. Andre metoder - inkludert plantevernmidler, røyking, sengetøy og fjerning av myggmiljøer - forsøker å redusere kontakten med eller antall mygg. Men vi tror at målretting av mygga er den mest effektive måten å redusere malaria tilfeller over hele verden.

Nå i Afrika, hvor malariabyrden er høyest, er sprøyting av insektmiddel innendørs og sover under insektmiddel-laced sengnett, de mest effektive måtene å raskt redusere malariatransmisjonen. Disse kontrolltiltakene og tiltakene har bidratt til å redusere malariabyrden på mange steder dramatisk. Siden 2010 har dødeligheten forårsaket av malaria falt med 35 prosent blant barn under 5 år.

Disse metodene er imidlertid ikke bærekraftige, og de må implementeres i stor skala for å nå sitt fulle potensiale. Dette ble tydelig mellom 2014 og 2016, noe som markerte første gang siden 2010 hvor malarietilfeller har økt, og den sviktende trenden som ble observert i årene før. Mygg utvikler motstand mot antimalariale stoffer og insektmidler, og vi løper ut av alternativer og tid.

En ny tilnærming

For å oppnå malariautryddelse må folkhelseforskere oppgradere vårt arsenal. For å bevege seg mot dette målet har vi, Crisanti-laben her på Imperial College, jobbet med en plan for å gjøre nettopp det.

Nylig har en teknologi som heter CRISPR blitt utviklet som gjør at forskere kan redigere DNA med stor effektivitet. Forskere over hele verden bruker CRISPR for å modifisere mygg DNA med sikte på å eliminere myggbårne sykdommer, som malaria. I vårt laboratorium har vi utviklet det som kanskje er den mest avanserte bruken av teknologien som ble foreslått. Det kalles "genstasjon." Denne typen genetisk modifikasjon har evnen til å spre en egenskap i en vill befolkning, og overstyrer de klassiske lovene om arvelighet.

DNA som overføres fra en forelder, fra en generasjon til den andre via de klassiske lovene om arvelighet, er arvet av bare halvparten av avkomene til hver generasjon. Dette holder frekvensen av den genetiske modifikasjonen eller egenskapen i populasjonen av mygger det samme.

Gene-stasjoner er arvet av mer enn 50 prosent av avkom. Dette gir dem muligheten til gradvis å øke frekvensen av et trekk over etterfølgende generasjoner, noe som er en fordel i forhold til potensiell bruk av andre GM mygg.

Etikk for endring av ville myggpopulasjoner

Vi har utviklet en genkjøring som retter seg mot fruktbarhetsgener som er avgjørende for utviklingen av den kvinnelige mygggen. Når disse generene blir forstyrret, er det kvinnelige insektet ikke i stand til å bite eller produsere avkom.

Fordelen med genstasjoner er at vi bare kan målrette mot Anopheles gambiae arter - en av de primære vektorer som bærer sykdommen i Afrika sør for Sahara - uten å påvirke de som ikke gjør det.

Når vi testet vår teknologi i laboratoriet, kunne vi spre denne egenskapen til 100 prosent av myggpopulasjonen i burene. Konsekvensen av å produsere normale mannlige mygg og sterile kvinner var at vi førte befolkningen ned til null innen seks måneder.

Dette er første gang en befolkning har blitt undertrykt ved hjelp av en genstasjon, om enn i laboratoriet.

Gene drive er en rask og kraftig genetisk teknologi. Evnen til å transformere naturlige populasjoner uten konstant menneskelig inngrep gjør dem ideelle for å supplere de nåværende verktøyene og metodene som brukes til å bekjempe smittsomme sykdommer, og redusere deres økonomiske og økologiske byrder.

Selv om undertrykkelsen av kaste myggpopulasjoner i laboratoriet er et landemerkeprestasjon, er en faktisk feltfrigivelse av en genstasjon minst et tiår langt i fremtiden.

Fordi de kan spres på egenhånd og over potensielt store geografiske områder, øker teknologien mulige etiske bekymringer over bruken av dem. For eksempel, hvem bestemmer når et genstasjon frigjøres hvis full konsensus fra de lokalsamfunn som er berørt av det, ikke oppnås? Disse problemene blir bredt diskutert av forskere, etikere, regulatorer og de som kan bli påvirket av bruk av genstasjonsteknologi.

Likevel har det vitenskapelige samfunn gjort store fremskritt over potensielle metoder for å sikre teknologien, inkludert potensialet for design som vil begrense spredningen. Den endelige avgjørelsen om en genstasjon kan slippes ut i naturen, må gjøres med samtykke fra de berørte landene, og nærmere bestemt de samfunn som lever med disse sykdommene hver dag.

Denne artikkelen ble opprinnelig publisert på The Conversation av Andrea Crisanti og Kyros Kyrou. Les den opprinnelige artikkelen her.