Трансгенные малярийные комары умирают раньше, чем становятся заразными

Малярия — одно из самых распространенных и смертоносных инфекционных заболеваний. Ежегодно в мире регистрируется не менее 500 тысяч смертей от этой инфекции. Так, в 2021 году малярией заразился 241 миллион человек, из них 627 тысяч скончались. Большинство летальных исходов приходится на детей в возрасте до пяти лет. Особенно страдают от малярии страны Африки южнее Сахары.

Биологи из Имперского колледжа Лондона при поддержке Института моделирования заболеваний Фонда Билла и Мелинды Гейтс создали трансгенного малярийного комара Anopheles gambiae. Кишечник модифицированных комаров замедляет рост малярийных плазмодиев, так что паразиты не успевают мигрировать в слюнные железы насекомых.

Anopheles gambiae — это основной вид комаров-переносчиков малярии в Африке к югу от Сахары. По статистике, только 10% комаров живут достаточно долго, чтобы паразит в них смог вырасти. Малярийным плазмодиям требуется от 10 до 12 дней, чтобы развиться внутри кишечника комара. Затем спорозоиты выходят из зрелых ооцист и начинают мигрировать в слюнные железы.

При этом в дикой природе Anopheles gambiae обычно живут всего 10 дней. Авторы исследования решили еще больше увеличить время, необходимое плазмодиям для развития в кишечнике. В результате генетической модификации значительно повышается вероятность того, что комары умрут по естественным причинам прежде, чем паразиты попадут в их слюнные железы и насекомое станет заразным для человека.

«В течение многих лет мы безрезультатно пытались создать комаров, которые не могут быть заражены паразитом, или комаров с иммунной системой, способной подавлять плазмодий. Задержка развития паразита внутри комара — это концептуальный сдвиг, который открыл гораздо больше возможностей для блокировки передачи малярии от комаров человеку», — говорит соавтор исследования доктор Астрид Хорманн.

Авторы вводили в яйца Anopheles gambiae плазмиды, кодирующие два антимикробных пептида (AMP): магаинин 2 и мелиттин. Магаинин 2 был обнаружен в выделениях кожи африканской шпорцевой лягушки Xenopus laevis, а мелиттин — это основной токсичный компонент яда медоносной пчелы Apis mellifera. Также вводили хелперную плазмиду, кодирующую Cas9. Последовательность, кодирующая пептиды, встраивалась в комариный ген, кодирующий фермент, локализованный в средней кишке малярийного комара. (Были испробованы конструкции в двух разных хозяйских генах.) Эти ферменты экспрессируются при попадании крови в кишечник комара, таким образом, включался и синтез АМП. От хозяйского белка они отделялись благодаря добавлению в конструкцию 2А-пептидов, самовырезающихся из белковой последовательности, и были снабжены сигналом секреции. Таким образом, кишечник трансгенного комара, после того как он насосался крови, начинал секретировать пептиды, тормозящие развитие плазмодиев. Как магаинин 2, так и мелиттин нарушают митохондриальную функцию и энергетический метаболизм паразитов в организме комара.

Эта небольшая генетическая модификация тормозила развитие ооцист у двух видов малярийного паразита: самого опасного для человека Plasmodium falciparum и паразита грызунов Plasmodium berghei. Выход активных спорозоитов задерживается на несколько дней, и ожидается, что к этому времени в природных условиях большинство комаров уже погибнет. Кроме того, AMP сокращает на два дня продолжительность жизни самок трансгенных комаров.

Команда проекта считает, что подход с ингибированием развития паразита внутри комара имеет большие перспективы, но для этого генетическую модификацию необходимо распространить среди диких комаров. Обычное скрещивание может не решить проблемы: поскольку модификация сокращает продолжительность жизни насекомого, она, вероятно, будет быстро устранена в ходе естественного отбора.

Чтобы этого не произошло, авторы используют ранее разработанную ими технологию генного драйва, теоретически позволяющего модифицировать все дикие популяции малярийных комаров. Генный драйв заставит антипаразитарную генетическую модификацию распространяться в популяции, даже если это биологически невыгодно. (Встроенная конструкция копируется в другие участки генома с помощью нуклеазы Cas и гидовой РНК.) Однако исследователи признали, что их стратегия потребует тщательного планирования, чтобы свести к минимуму любые риски, прежде чем можно будет приступить к полевым испытаниям.

Компьютерное моделирование показывает, что распространение модифицированных насекомых в популяциях Anopheles gambiae может разорвать цикл передачи болезни и полностью остановить распространение патогенных плазмодиев, если число инфекционных укусов невелико. При более интенсивной передаче инфекции понадобятся дополнительные меры, но даже в этом случае использование трансгенных комаров даст фору для их развертывания.

 

Еще о борьбе с малярией на PCR.NEWS