Samozniszczenie komarów przenoszących malarię może być wywołane przez napędy genowe wykorzystywane do manipulowania naturalnymi populacjami. W szczególności można je stosować do zmniejszania liczby osobników w populacji lub ich modyfikowania. Jest to szczególnie przydatne, gdy takie gatunki są wektorami choroby. Wykorzystanie narzędzi inżynierii genetycznej staje się coraz bardziej rozpowszechnione i umożliwia rozmieszczenie naturalnych i syntetycznych sterowników genów, które mogą propagować określony podzbiór populacji ekspresji genetycznych poprzez stronniczość praw dziedziczenia Mendla. Napędy genowe to samolubne elementy genetyczne, które mogą tworzyć konkretną sekwencję DNA lub cechę przekazywaną między pokoleniami poprzez rozmnażanie płciowe w tempie o 50% większym niż występuje naturalnie. Sposoby osiągnięcia są zróżnicowane, a najczęstsze obejmują metodę, która usuwa allel typu dzikiego i kopiuje układ napędowy w jego miejsce. Ta forma napędu genowego nazywana jest naprowadzaniem; gen może następnie wytworzyć kilka kopii samego siebie w genomie. W konsekwencji napędy genowe można wykorzystać do stłumienia populacji docelowych gatunków. Można to osiągnąć poprzez inżynierię cech, które wpływają na reprodukcję, na przykład męską niepłodność i powodują załamanie populacji. Dzieje się tak, ponieważ potomstwo będzie w większości płci żeńskiej, a przyszłe pokolenia odnotują zmniejszony współczynnik reprodukcji. Inne napędy genowe mogą być używane w określonych okresach i lokalizacjach geograficznych. Żaden zmodyfikowany napęd genowy nie został jeszcze wykorzystany do kontroli chorób przenoszonych przez wektory – choć istnieje nadzieja, że zostaną one wprowadzone w ciągu najbliższych 2 lat.
Jak działają napędy genowe?
Napędy genowe wykorzystują CRISPR - wprowadzają modyfikację genetyczną do gospodarza, który ma rozprzestrzeniać się w populacji z wyższym niż normalny współczynnikiem dziedziczenia. Gdy napęd genowy zostanie wprowadzony do genomu, potomstwo organizmu odziedziczy napęd na jednym z chromosomów. Normalny gen zostanie zachowany od drugiego rodzica. Na wczesnym etapie rozwoju sekcja CRISPR napędu genowego jest w stanie wyciąć drugą kopię. Nacięcie jest następnie naprawiane przy użyciu napędu genowego jako szablonu. To pozostawia potomstwu dwie kopie modyfikacji. Zgodnie ze standardową teorią dziedziczenia, gdy zmutowany komar rozmnaża się z komarem na wolności, potomstwo zachowuje 50% prawdopodobieństwa odziedziczenia mutacji. W tym trybie dziedziczenia mutacja rozprzestrzenia się powoli w populacji. W dziedziczeniu napędu genowego, gdy zmutowany komar rozmnaża się z komarem niepoddanym edycji, prawie 100% potomstwa odziedziczy zmodyfikowany gen. Ten zmodyfikowany gen następnie szybko rozprzestrzenia się w populacji.
Strategie tłumienia kontra modyfikacje
W odniesieniu do niskoprogowych systemów napędu genowego wdrażane są dwie główne strategie w celu zmniejszenia wpływu choroby np. malarii na patogeny przenoszone przez owady, takie jak komary. Pierwszy określany jest jako tłumienie populacji i jest genetycznym odpowiednikiem stosowania insektycydów. Napędy supresji to napędy genowe, które zmniejszają wielkość populacji docelowej poprzez manipulowanie genami niezbędnymi do płodności jednej lub obu płci. Na przykład, tłumienie komarów Anopheline zmniejszyłoby malarię wywoływaną przez pasożyty, takie jak Plasmodium falciparum i Plasmodium vivax. W tym samym duchu tłumienie komara Aedes ogranicza przenoszenie arbowirusów wywołujących choroby, takie jak gorączka denga, żółta febra, wirus Zika i wirus chikungunya.
Drugim podejściem jest modyfikacja wektora owadów, która zapobiega przenoszeniu patogenu. Ten rodzaj modyfikacji jest określany jako modyfikacja populacji lub zastępowanie. W tym scenariuszu populacja owadów pozostaje nienaruszona, jednak ograniczają one ich zdolność do uczestniczenia w przenoszeniu chorób.
Inżynieria genetyczna narządów nierozrodczych
Poza kontrolowaniem płodności, inżynierię genetyczną można zastosować do modyfikowania struktur narządów i fizjologii komarów, aby uczynić je mniej optymalnymi wektorami dla pasożytów. Na przykład, jelito komara można zaprojektować w taki sposób, aby zmniejszyć szanse przeżycia zarodźca. W tej metodzie do genomu komara wprowadzane są nowe geny efektorowe, które ulegają ekspresji jako białka przeciwplazmodium w jelicie komara. To z kolei sprawia, że jelita stają się środowiskiem niezdatnym do zamieszkania dla Plasmodium. Do wprowadzenia tych genów efektorowych można wykorzystać grzyby, wirusy lub symbionty bakteryjne, o których już wiadomo, że infekują komary i zajmują jelita.
Bibliografia:
Źródło grafiki: pixabay.com
Więcej komentarzy...