Подавление малярийных комаров в экспериментах, имитирующих естественную среду
Исследователи показали, что технология "генного драйва", распространяющая генетическую модификацию, блокирующую репродукцию самок, работает в условиях, имитирующих естественные.
Команда под руководством исследователей из Imperial College London, Polo GGB и Liverpool School of Tropical Medicine смогла подавить популяции малярийного комара в годичном эксперименте, имитирующем естественную среду.
Впервые показано, что генный драйв столь же эффективен, как и ожидалось, при тестировании в сложных экологических условиях в течение длительного времени. Результаты опубликованы в Nature Communications.
Несмотря на снижение заболеваемости малярией в последние десятилетия, в 2019 году было зарегистрировано 229 миллионов случаев (больше, чем в предыдущем году) и 409 000 смертей.
Соавтор исследования доктор Дрю Хаммонд отметил, что проблемы, стоящие на пути ликвидации малярии, усугубились, отчасти из-за распространения устойчивости к инсектицидам и больших пробелов в финансировании. COVID-19 мог удвоить смертность от малярии в 2020 году. Генный драйв — это самоподдерживающаяся и быстродействующая технология, которая может работать вместе с существующими инструментами.
Нацеливание на комаров
Команда избирательно нацелилась на вид Anopheles gambiae, ответственный за большую часть передачи малярии в Африке к югу от Сахары. Надежда заключается в том, что выпущенные комары с генным драйвом распространят модификацию, нарушающую фертильность самок, что в конечном итоге сократит популяцию.
Ранее исследователи показали, что их технология может привести к коллапсу популяций A. gambiae в небольших клетках за 7–11 поколений. Чтобы проверить, будет ли драйв работать в реальных условиях, команда перешла к тестированию в гораздо более крупных клетках, имитирующих естественную среду обитания, в лаборатории Polo GGB в Италии.
Имитация естественных условий
Тестирование в больших клетках, моделирующих природную среду, — это критический шаг на пути разработки, предложенный ВОЗ и FNIH для оценки эффективности и безопасности технологий генного драйва в физически ограниченной лаборатории.
Любой штамм, выпускаемый в природу, должен конкурировать с дикой популяцией. Большие клетки содержали сотни комаров разного возраста, представляя более естественную и сложную структуру популяции. Клетки воспроизводили не только температуру и влажность, но и естественные ориентиры, а также специальное освещение, имитирующее рассвет и закат, чтобы вызвать роение.
Модифицированные комары с элементами генного драйва были выпущены с начальной частотой 12,5% и 25% популяции. Исследователи проследили скорость распространения элемента, его влияние на фертильность самок и последующий спад популяции.
Они обнаружили, что в каждой из клеток (две с начальной частотой 12,5% и две с 25%) наблюдалось быстрое распространение генного драйва и полный коллапс популяции в течение одного года.
Преодоление резистентности
Основным барьером для разработки генного драйва было появление мутаций, устойчивых к технологии. Однако тестируемый здесь штамм — первый и единственный, не показавший признаков резистентности ни в малых, ни в крупномасштабных испытаниях.
Соавторы исследования доктор Тания Персампиери и Паола Полледжони заявили, что исследования в больших клетках создают большее давление отбора для возникновения устойчивости, так как могут быть дополнительные "платежи приспособленности". Однако не возникло модификаций, которые могли бы сделать ген doublesex устойчивым к генному драйву.
Испытания в больших клетках — это важный шаг на пути к выпуску комаров с генным драйвом в природу. Команда подчеркивает, что необходимы дальнейшие испытания безопасности и эффективности, включая более комплексное тестирование на устойчивость и оценку экологических рисков, прежде чем можно будет планировать полевую оценку.
Полученные данные будут бесценны для будущего моделирования, направленного на прогнозирование распространения генного драйва в конкретных регионах, например, на полевой площадке в Буркина-Фасо.