Американские учёные изменили часть генов комаров так, что в этих насекомых перестали размножаться плазмодии — паразитические простейшие, вызывающие малярию. Авторы работы полагают, что со временем таких модифицированных комаров можно будет выпустить в природу с тем, чтобы они постепенно вытеснили обычных, покончив тем самым с опасной болезнью.

О том, что прямое вмешательство в наследственный код комара (либо заражение его специально подобранной бактерией) способно влиять на «умение» насекомого передавать плазмодии, учёные рассуждали давно. Несколько групп работало в этом направлении (об одном таком исследовании мы рассказывали).

Однако полученные комары всё равно были способны передавать паразитов, пусть и в меньшем количестве. На этом фоне достижение биологов из университетов Аризоны (University of Arizona) и Калифорнии (UC Davis) можно назвать прорывом.

Если вы хотите остановить распространение малярии, вам необходимы комары, которые устойчивы к паразиту не менее чем на 100%. Если хоть один плазмодий выйдет за пределы и заразит человека, весь подход будет обречён на провал", — объясняет Майкл Рили (Michael Riehle), профессор энтомологии Аризонского университета и руководитель данной работы.

Майкл и его коллеги вмешались в метаболизм клеток комара, создав новую модификацию гена, который переводит в положение «всегда включено» сигнальный фермент Akt. Ранее было установлено, что последний играет важную роль в развитии личинок и росте насекомого, а также — его иммунном ответе.

Рис. 1. Ежегодно от малярии (на снимке – плазмодий) гибнет только по официальным данным миллион человек, большая часть из них – дети, живущие в Африке южнее Сахары (фото Ute Frevert, Margaret Shear).

Рис. 2. Майкл Рили держит генетически изменённых комаров в контролируемых условиях, исключающих любую возможность побега (фото University of Arizona).

Учёные внедрили новую версию гена в яйца комара Anopheles stephensi, он переносит малярию на Индийском субконтиненте. Полученным особям скармливали «малярийную» кровь (в данном случае речь шла о паразите Plasmodium falciparum, ответственном за большинство случаев заражения человека).

Удивительно, насколько хорошо это сработало, — рассказал Рили. — Мы рассчитывали увидеть некоторое влияние на темп роста комаров, продолжительность их жизни и восприимчивость к паразиту, но оказалось, что наша конструкция заблокировала инфекционный процесс полностью".

Рис. 3. Своё вмешательство в генетический код авторы сопровождали вставкой люминесцентных белков, по которым трансгенные особи (справа) можно было отличать от исходных (слева). Сверху вниз – съёмка через разные фильтры (иллюстрации Vanessa Corby-Harris et al./PLoS Pathogens).

После того как плазмодии попадают в кишки комара (при укусе заражённого человека или животного), они проникают через их стенки и формируют в организме хозяина клетки-ооцисты. До этого репродуктивного этапа многие плазмодии не доживают – иммунная система комара уничтожает многие клетки. Но и тех, что выживают, – более чем достаточно для распространения инфекции.

В нескольких ооцистах за 10–12 дней созревает целая армия из тысяч новых плазмодиев — спорозоитов, которые потом мигрируют в слюнные железы насекомых. За один укус комар передаёт новой жертве примерно 40 таких клеток, но для развития опасного, а порой и смертельного заболевания достаточно и одной.

И вот выяснилось: в опыте Рили комары с двумя копиями изменённого гена (гомозиготные особи) начисто утратили свою способность выступать в качестве переносчиков малярии! «В этой группе комаров плазмодиям не удалось сформировать ни одной ооцисты», — радуется Майкл. А ведь эти копии генов самки (они-то и пьют кровь) будут исправно передавать потомству.

Рис. 4. По размаху и эффекту с новой работой сравнится разве что идея вакцинации от малярии силами самих комаров. Жаль, что пока и та и другая идеи находятся на стадии лабораторных экспериментов (фото CDC).

Биологи также рапортуют, что в группе с одной копией нового гена (гетерозиготные особи) число заражённых комаров сократилось на 60–99%, а в тех экземплярах, что всё же оказались заражены, содержание паразита уменьшилось на 75–99%. Более того, включённый Akt на 18–20% сократил срок жизни комаров, то есть время, в течение которого они могут передавать паразита жертвам.

Ещё не до конца ясно, как работает Akt во всех этих случаях, потому биологи продолжат работу. Результаты же проведённого исследования раскрывает пресс-релиз Аризонского университета и статья в PLoS Pathogens.

В будущем учёные намерены подумать над возможными дальнейшими модификациями комаров, с тем, чтобы они получили преимущества перед неизменёнными собратьями и, оказавшись на свободе, со временем вытеснили бы из природы прежний вид, переносящий опасное заболевание. По словам Рили, впрочем, до этой стадии работы пройдёт ещё не менее десяти лет, поскольку это самая трудновыполнимая часть всего замысла.

Статья подготовлена Филипповым Ю.П. по материалам: