Γενετικό «πείραγμα» στα κουνούπια μπλοκάρει τη «μετάδοση της ελονοσίας»
Τα κουνούπια σκοτώνουν περισσότερους ανθρώπους κάθε χρόνο από οποιοδήποτε άλλο ζώο. Το 2023, τα αιμοβόρα έντομα μόλυναν 263 εκατομμύρια ανθρώπους με ελονοσία, οδηγώντας σε σχεδόν 600.000 θανάτους, εκ των οποίων το 80% ήταν παιδιά.
Οι πρόσφατες προσπάθειες για την παρεμπόδιση της μετάδοσης της ελονοσίας έχουν σταματήσει, επειδή τα κουνούπια έχουν προσαρμόσει την ανθεκτικότητά τους στα εντομοκτόνα και τα παράσιτα μέσα στα κουνούπια που προκαλούν την ελονοσία έχουν γίνει ανθεκτικά στα φάρμακα. Οι αναποδιές αυτές ενισχύθηκαν από την πανδημία COVID-19, η οποία εμπόδισε τις τρέχουσες προσπάθειες καταπολέμησης της ελονοσίας.
Τώρα, ερευνητές του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Σαν Ντιέγκο, του Πανεπιστημίου Τζονς Χόπκινς, του Πανεπιστημίου Μπέρκλεϊ και του Πανεπιστημίου του Σάο Πάολο ανέπτυξαν μια νέα μέθοδο που εμποδίζει γενετικά τα κουνούπια να μεταδώσουν την ελονοσία. Η εργασία τους δημοσιεύεται στο περιοδικό Nature.
Οι βιολόγοι Zhiqian Li και Ethan Bier από το UC San Diego, μαζί με τους Yuemei Dong και George Dimopoulos από το Πανεπιστήμιο Johns Hopkins, δημιούργησαν ένα σύστημα γονιδιακής επεξεργασίας με βάση το CRISPR που αλλάζει ένα μόνο μόριο μέσα στα κουνούπια, μια μικροσκοπική αλλά αποτελεσματική αλλαγή που σταματά τη διαδικασία μετάδοσης της ελονοσίας-παρασίτου. Τα γενετικά τροποποιημένα κουνούπια εξακολουθούν να είναι σε θέση να τσιμπήσουν όσους πάσχουν από ελονοσία και να αποκτήσουν παράσιτα από το αίμα τους, αλλά τα παράσιτα δεν μπορούν πλέον να μεταδοθούν σε άλλους ανθρώπους.
Το νέο σύστημα είναι σχεδιασμένο να διαδίδει γενετικά το χαρακτηριστικό της ανθεκτικότητας στην ελονοσία έως ότου ολόκληροι πληθυσμοί των εντόμων δεν μεταφέρουν πλέον τα παράσιτα που προκαλούν την ασθένεια.
«Η αντικατάσταση ενός και μόνο αμινοξέος στα κουνούπια με μια άλλη φυσική παραλλαγή που τα εμποδίζει να μολυνθούν από ελονοσιακά παράσιτα -και η εξάπλωση αυτού του ευεργετικού χαρακτηριστικού σε ολόκληρο τον πληθυσμό των κουνουπιών- αλλάζει τα δεδομένα», δήλωσε ο Bier, καθηγητής στο Τμήμα Κυτταρικής και Αναπτυξιακής Βιολογίας του UC San Diego (Σχολή Βιολογικών Επιστημών). «Είναι δύσκολο να πιστέψει κανείς ότι αυτή η μια μικροσκοπική αλλαγή έχει τόσο δραματική επίδραση».
Το πρόσφατα αναπτυγμένο σύστημα χρησιμοποιεί το «ψαλίδι» CRISPR-Cas9 και ένα RNA-οδηγό για να κάνει μια γενετική τομή σε μια ακριβή θέση μέσα στο γονιδίωμα του κουνουπιού. Στη συνέχεια αντικαθιστά το ανεπιθύμητο αμινοξύ που μεταδίδει την ελονοσία με την ωφέλιμη εκδοχή που δεν μεταδίδει.
Το σύστημα στοχεύει ένα γονίδιο που παράγει μια πρωτεΐνη γνωστή ως «FREP1», η οποία βοηθά τα κουνούπια να αναπτυχθούν και να τραφούν με αίμα όταν τσιμπάνε. Το νέο σύστημα αλλάζει ένα αμινοξύ στο FREP1 γνωστό ως L224 με ένα γενετικό εναλλακτικό ή αλληλόμορφο που ονομάζεται Q224. Τα παράσιτα που προκαλούν ασθένειες χρησιμοποιούν το L224 για να κολυμπήσουν στους σιελογόνους αδένες του εντόμου, όπου τοποθετούνται για να μολύνουν ένα άτομο ή ζώο.
Ο Δημόπουλος, καθηγητής στο Τμήμα Μοριακής Μικροβιολογίας και Ανοσολογίας και στο Ερευνητικό Ινστιτούτο Ελονοσίας του Τζονς Χόπκινς (Σχολή Δημόσιας Υγείας Bloomberg), και το εργαστήριό του εξέτασαν στελέχη κουνουπιών Anopheles stephensi, του κύριου φορέα μετάδοσης της ελονοσίας στην Ασία. Διαπίστωσαν ότι ο διακόπτης L224 προς Q224 μπορούσε να εμποδίσει αποτελεσματικά δύο διαφορετικούς τύπους ελονοτικών παρασίτων να φτάσουν στους σιελογόνους αδένες, αποτρέποντας έτσι τη μόλυνση.
«Η ομορφιά αυτής της προσέγγισης έγκειται στην αξιοποίηση ενός φυσικά απαντώμενου γονιδιακού αλληλόμορφου κουνουπιού», δήλωσε ο Δημόπουλος. «Με μια μόνο, ακριβή τροποποίηση, το μετατρέψαμε σε μια ισχυρή ασπίδα που μπλοκάρει πολλαπλά είδη παρασίτων της ελονοσίας και πιθανότατα σε διάφορα είδη κουνουπιών και πληθυσμούς, ανοίγοντας το δρόμο για προσαρμόσιμες, πραγματικές στρατηγικές για τον έλεγχο αυτής της νόσου».
Σε μια σειρά επακόλουθων δοκιμών, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι, αν και η γενετική αλλαγή διέκοψε τις δυνατότητες μόλυνσης του παρασίτου, η κανονική ανάπτυξη και αναπαραγωγή των κουνουπιών παρέμειναν αμετάβλητες. Τα κουνούπια που έφεραν τη νεοεισαχθείσα παραλλαγή Q224 παρουσίασαν παρόμοια φυσική κατάσταση με εκείνα με το αρχικό αμινοξύ L224, ένα σημαντικό επίτευγμα, δεδομένου ότι η πρωτεΐνη FREP1 παίζει σημαντικό ρόλο στη βιολογία του κουνουπιού, ο οποίος είναι ξεχωριστός από το ρόλο της στην εκμετάλλευση από τα ελονοτικά παράσιτα.
Παρόμοια με μια γονιδιακή οδήγηση, οι ερευνητές δημιούργησαν μια τεχνική για τους απογόνους των κουνουπιών ώστε να κληρονομήσουν γενετικά το αλληλόμορφο Q224 και να το διαδώσουν σε όλους τους πληθυσμούς τους, σταματώντας τη μετάδοση των παρασίτων της ελονοσίας. Αυτό το νέο «αλληλόμορφο-drive» ακολουθεί ένα ανάλογο σύστημα που δημιουργήθηκε πρόσφατα στο εργαστήριο Bier και αντιστρέφει γενετικά την ανθεκτικότητα των καλλιεργούμενων παρασίτων στα εντομοκτόνα.
“Σε εκείνη την προηγούμενη μελέτη, δημιουργήσαμε μια αυτοεξαλειφόμενη κίνηση που μετατρέπει έναν πληθυσμό φρουτόμυγας από ανθεκτικό στα εντομοκτόνα πίσω στην εγγενή του κατάσταση που είναι ευαίσθητη στα εντομοκτόνα. Στη συνέχεια, αυτή η γενετική κασέτα απλά εξαφανίζεται, αφήνοντας μόνο έναν πληθυσμό εντόμων που έχει ξαναγίνει άγριο”, δήλωσε ο Bier. «Ένα παρόμοιο σύστημα κίνησης φαντασμάτων θα μπορούσε να μετατρέψει πληθυσμούς κουνουπιών να φέρουν την ανθεκτική στα παράσιτα παραλλαγή FREP1Q».
Ενώ οι ερευνητές απέδειξαν την αποτελεσματικότητα της εναλλαγής από L224 σε Q224, δεν έχουν ακόμη κατανοήσει πλήρως γιατί αυτή η αλλαγή λειτουργεί τόσο αποτελεσματικά. Η συνεχιζόμενη έρευνα σχετικά με το πώς το αμινοξύ Q224 εμποδίζει την οδό διέλευσης του παράσιτου για τη μόλυνση βρίσκεται σε εξέλιξη.
«Αυτή η σημαντική ανακάλυψη είναι το αποτέλεσμα απρόσκοπτης ομαδικής εργασίας και καινοτομίας μεταξύ των ιδρυμάτων», δήλωσε ο Δημόπουλος. «Μαζί, αξιοποιήσαμε τα γενετικά εργαλεία της ίδιας της φύσης για να μετατρέψουμε τα κουνούπια σε συμμάχους κατά της ελονοσίας».
