Geneetiline modifikatsioon takistab sääskedel malaariat levitada

Sääsed tapavad igal aastal rohkem inimesi kui ükski teine loom. 2023. aastal nakatasid need verd imevad putukad malaariasse hinnanguliselt 263 miljonit inimest, mille tagajärjel suri ligi 600 000 inimest, kellest 80% olid lapsed.

Hiljutised pingutused malaaria leviku peatamiseks on takerdunud, kuna sääsed on muutunud resistentseks putukamürkidele ja malaariat põhjustavad parasiidid on muutunud ravimitele resistentseks. Neid tagasilööke on süvendanud COVID-19 pandeemia, mis on keerulisemaks muutnud käimasolevaid malaaria tõrje jõupingutusi.

Nüüd on California Ülikooli San Diegos, Johns Hopkinsi Ülikoolis, UC Berkeleys ja São Paulo Ülikoolis asuvad teadlased välja töötanud uue meetodi, mis geneetiliselt blokeerib sääskede võimet malaariat edasi anda.

UC San Diego bioloogid Zhiqian Li ja Ethan Beer ning Johns Hopkinsi ülikooli Yuemei Dong ja George Dimopoulos on loonud CRISPR-põhise geenitöötlussüsteemi, mis muudab sääse kehas ühte molekuli – see on väike, kuid tõhus muudatus, mis peatab malaariaparasiidi leviku. Geneetiliselt muundatud sääsed saavad nakatunud inimesi endiselt hammustada ja parasiiti nende verest omastada, kuid nad ei saa seda enam teistele inimestele edasi anda. Uus süsteem on loodud malaariaresistentsuse tunnuse geneetiliseks levitamiseks, kuni terved putukate populatsioonid parasiiti enam ei kanna.

„Sääse ühe aminohappe asendamine teise looduslikult esineva aminohappega, mis takistab malaariaparasiidi nakatumist – ja selle kasuliku mutatsiooni levitamine kogu sääskede populatsioonis – on tõeline läbimurre,“ ütles Bier, UC San Diego bioloogiateaduste kooli raku- ja arengubioloogia osakonna professor. „On raske uskuda, et nii väikesel muutusel võib olla nii dramaatiline mõju.“

Uus süsteem kasutab CRISPR-Cas9 geeni "geneetiliste kääridena" ja suunab RNA-d, et teha sääse genoomi täpses piirkonnas lõige. Seejärel asendab see soovimatu aminohappe, mis hõlbustab malaaria levikut, kasulikuga, mis protsessi segab.

Süsteem on suunatud geenile, mis kodeerib valku nimega FREP1. See valk aitab sääskedel areneda ja hammustuse ajal verd süüa. Uus süsteem asendab FREP1 aminohappe L224 teise alleeliga, Q224. Parasiidid kasutavad L224 alleeli putuka süljenäärmetesse jõudmiseks, kus nad valmistuvad uut peremeesorganismi nakatama.

Dimopoulos, molekulaarse mikrobioloogia ja immunoloogia osakonna professor ning Johns Hopkinsi Bloombergi rahvatervise kooli malaariauuringute instituudi liige, testis oma laboris Anopheles stephensi sääskede tüvesid, mis on Aasia peamine malaaria levitaja. Nad leidsid, et L224 asendamine Q224-ga blokeeris tõhusalt kahe erinevat tüüpi malaariaparasiidi sisenemise süljenäärmetesse, ennetades seeläbi nakkust.

„Selle lähenemisviisi ilu seisneb selles, et me kasutame sääsegeeni looduslikult esinevat alleeli. Ühe täpse muudatusega muudame selle võimsaks kilbiks, mis blokeerib mitut malaariaparasiidi liiki – ja tõenäoliselt erinevates sääskede populatsioonides ja liikides. See avab ukse kohanemisvõimelistele, reaalsetele haiguste tõrje strateegiatele,“
ütles George Dimopoulos.

Järgnevates testides leidsid teadlased, et kuigi geneetiline muutus takistas parasiidil keha nakatamist, ei mõjutanud see sääskede kasvu ja paljunemist. Uue Q224 versiooniga sääsed olid sama elujõulised kui algse L224 aminohappega sääsed – see on oluline saavutus, arvestades, et FREP1 valk mängib sääskede bioloogias olulist rolli, olenemata selle rollist malaaria edasikandumisel.

Sarnaselt „geeniajami“ süsteemile töötasid teadlased välja meetodi, mis võimaldab sääskede järglastel pärida Q224 alleeli ja levitada seda kogu populatsioonis, peatades seeläbi malaariaparasiitide leviku. See uus „alleeliajami“ süsteem järgib sarnast süsteemi, mille Beeri laboris hiljuti välja töötati ja mis geneetiliselt pöörab põllumajanduslike kahjurite insektitsiidiresistentsuse ümber.

„Selles eelmises uuringus lõime iseeneslikult lõppeva ajami, mis muudab puuviljakärbeste populatsiooni insektitsiidiresistentsusest tagasi vastuvõtlikkuseks. Seejärel see geneetilise kasseti element lihtsalt kaob, jättes alles vaid metsiku populatsiooni,“ selgitas Bier. „Sarnane kummitussüsteem võiks muuta sääskede populatsioonid parasiidiresistentse FREP1Q variandi kandjateks.“

Kuigi teadlased on näidanud, et L224 asendamine Q224-ga on efektiivne, ei mõista nad veel täielikult, miks see muutus nii tõhusalt toimib. Käimas on edasised uuringud, et täpselt kindlaks teha, kuidas aminohape Q224 parasiidi sisenemisteed blokeerib.

„See läbimurre on laitmatu meeskonnatöö ja innovatsiooni tulemus teadusasutustes,“ lisas Dimopoulos. „Koos kasutasime looduse enda geneetilisi vahendeid, et muuta sääsed malaariavastases võitluses liitlasteks.“

Uuring avaldati ajakirjas Nature.