Walka z malarią za pomocą inżynierii genetycznej
Jednym z potencjalnych rozwiązań jest wykorzystanie inżynierii genetycznej do walki z malarią, a obecnie opracowywanych jest kilka metod, które są bliskie wdrożenia. We wszystkich zastosowano nadpisywanie genu (gene drive), co powoduje, że pożądana cecha rozprzestrzenia się w populacji szybciej, niż pozwala na to zwykła genetyka mendlowska. Ten pomysł ma już 60 lat, ale nowsze techniki, takie jak CRISPR, czynią go znacznie prostszym i potężniejszym.
Przy rozmnażaniu płciowym każde potomstwo ma dwa zestawy chromosomów, po jednym od każdego z rodziców. Tak więc organizmy mają dwie kopie każdego genu (każda kopia nazywana jest allelem). Następnie przekazują jedną ze swoich dwóch kopii każdemu potomstwu. Genetyka mendlowska zakłada, że istnieje 50% szans na odziedziczenie każdego allelu i tak na ogół jest. Zjawisko nadpisywania genu odnosi się do sytuacji, w których jeden allel ma przewagę nad drugim, więc jest bardziej prawdopodobne, że zostanie odziedziczony. Istnieją naturalnie występujące nadpisywania genowe, ale my skupimy się na najnowszym syntetycznym nadpisywaniu genowym, do którego używa się CRISPR.
Przypominamy, że CRISPR to najnowsza technika zmiany lub wstawiania genów do DNA. Komponent CRISPR może celować w określoną sekwencję DNA i jest dołączany do innego elementu (takiego jak Cas9), który następnie wykonuje cięcie w żądanym miejscu. Normalna komórkowa naprawa DNA następnie naprawia cięcie, wprowadzając pożądaną sekwencję w procesie. System CRISPR-Cas9 jest szybki, tani i łatwy, a rezultatem jest ni mniej ni więcej jak rewolucja w inżynierii genetycznej i badaniach.
Niektóre najnowsze systemy nadpisywania genowego zawierają CRISPR. Zasadniczo zawierają sekwencję CRISPR-Cas9 w allelu, który następnie automatycznie wstawia pożądaną sekwencję genetyczną do odziedziczonego allelu. Dlatego rozprzestrzenianie się pożądanego genu nie jest przypadkowe, ale jest zaprojektowane tak, by szybko rozprzestrzeniało się w rozmnażającej się populacji. Działa to szczególnie dobrze w przypadku szybko rozmnażających się gatunków, takich jak komary. Ostatnie badania pokazują, że ta metoda jest bardzo skuteczna, a pożądane allele rozprzestrzeniają się w populacji testowej na poziomie >90% w ciągu zaledwie 3 miesięcy.
Jakie więc modyfikacje genetyczne rozważają badacze do walki z populacjami komarów, które rozprzestrzeniają malarię? Istnieje około 3000 gatunków komarów, z których tylko kilka przenosi malarię na ludzi. Tak więc jednym z pomysłów jest ograniczenie lub nawet wyeliminowanie tych gatunków przy użyciu metody opartej na nadpisywaniu genowym (ten sam cel, co przy użyciu pestycydów, ale z dużo większą precyzją). Istnieją dwie podstawowe metody osiągnięcia tego celu, które widziałem. Jedną z nich jest rozprzestrzenienie genu, który czyni potomstwo bezpłodnym. Nowsza metoda polega na rozpowszechnieniu modyfikacji genetycznej, która zapobiega rozwojowi samic, więc zasadniczo całe potomstwo jest płci męskiej. Ma to dwie zalety. Po pierwsze, tylko samice komarów gryzą ludzi. Tak więc populacja składająca się w większości z samców w znacznie mniejszym stopniu rozprzestrzeniałaby malarię. Ale także, przy mniejszej liczbie samic cała populacja zmniejszyłaby się radykalnie.
Inną metodą jest rozpowszechnianie genów przeciwdziałających odporności na pestycydy. Może to pomóc w utrzymaniu skuteczności stosowania pestycydów do kontrolowania populacji komarów. Wydaje się to najmniej skutecznym podejściem.
Najnowsze badania brzmią dla mnie najbardziej obiecująco – wykorzystanie nadpisywania genowego CRISPR-Cas9 do rozprzestrzeniania odporności na malarię w populacjach komarów. Malaria to pasożyt, pierwotniak z czterema gatunkami atakującymi ludzi – Plasmodium falciparum, P. vivax, P. ovale i P. malariae. Pasożyt zakaża i rozmnaża się u ludzi, częściowo we krwi. Kiedy komar żywi się krwią zarażonego człowieka, pobiera pasożyta, ale sam nie choruje. Następnie przenosi pasożyta na następnego człowieka, którego ugryzie. Same komary nie są pod presją selekcyjną, aby rozwinąć odporność na pasożyta malarii, ponieważ pasożyt nie powoduje u nich negatywnych efektów.
Dlatego zamiast próbować zabijać przenoszące malarię komary, możemy potraktować je CRISPR, żeby uzyskały odporność na pasożyta malarii. Zamiast rozprzestrzeniać pierwotniaki, będą je zabijać. Wprowadza się na przeciwciała monoklonalne, które będą atakować Plasmodium. W niedawno opublikowanym badaniu nadpisywanie genowe nie wpłynęło na przystosowanie zmienionego komara Anopheles coluzzii, ale zmniejszyło przystosowanie Anopheles gambiae, które były mniej konkurencyjne niż dzikie typy (nie jest to idealne, ale nie przekreśla całkowicie koncepcji).
Następnym krokiem jest wypuszczenie zmienionych komarów na wolność i pozwolenie, by nadpisywanie genowe zaczęło działać. Idealnie byłoby, gdyby w ciągu kilku lat allele wytwarzające przeciwciała rozprzestrzeniły się szeroko w populacjach komarów, drastycznie ograniczając rozprzestrzenianie się malarii. Obecnie jedyną przeszkodą są przepisy. Te same organy, które regulują GMO, muszą przeglądać dane pod kątem bezpieczeństwa, ale także organizacje zdrowotne muszą przeglądać dane i zatwierdzać tę metodę jako interwencję zdrowotną.
Rozumiem ostrożność w wypuszczaniu organizmów zmodyfikowanych genetycznie do środowiska naturalnego, w szczególności tych, które mają na celu rozprzestrzenianie zmian genetycznych w populacji. Zasada ostrożności ma swoje zastosowania, ale ma też swoje ograniczenia. Musimy rozważyć stosunek ryzyka do korzyści wraz z ryzykiem związanym z innymi metodami. W takim przypadku, jakie jest realistyczne ryzyko rozprzestrzenienia się genu przez populację komarów, który nadaje przeciwciała przeciwko malarii? Wiązałoby się to z czymś zupełnie nieoczekiwanym. Co więcej, jak to się ma do ryzyka niepodjęcia tego kroku, dopuszczenia do dalszego powodowania przez malarię chorób u ludzi i kontynuowania programu stosowania pestycydów, który staje się coraz trudniejszy?
Zdecydowanie musimy być należycie staranni w tej sprawie. Ale jeśli staranny przegląd dowodów nie wykaże żadnego konkretnego ryzyka, nie sądzę, że powinniśmy unikać stosowania tych metod nadpisywania genowego po prostu ze strachu przed nieznanym. Ponadto, w miarę rozwoju technologii, malaria może być tylko pierwszą z wielu chorób przenoszonych przez owady, którymi moglibyśmy się zająć dzięki tej metodzie. Jako strategia zdrowia publicznego, wykorzystanie technologii nadpisywania genowego do walki z chorobami przenoszonymi przez owady może dać tak ogromne efekty, jak szczepionki. Podejrzewam jednak, że przyciągnie również wielu zwolenników teorii spiskowych.
Link do oryginału: https://theness.com/neurologicablog/index.php/using-genetic-engineering-to-fight-malaria/
NeuroLogica Blog, 17 lipca 2023
Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska
*Steven Novella
Neurolog, wykładowca na Yale University School of Medicine. Przewodniczący i współzałożyciel New England Skeptical Society. Twórca popularnych (cotygodniowych) podkastów o nauce The Skeptics’ Guide to the Universe. Jest również dyrektorem Science-Based Medicine będącej częścią James Randi Educational Foundation (JREF), członek Committee for Skeptical Inquiry (CSI) oraz członek założyciel Institute for Science in Medicine. Prowadzi blog Neurologica.