Hvad er gendrev? Hvordan forskere kæmper tilbage mod døde myg

Hvad er det dødeligste dyr på jorden? Det er et spørgsmål, der tager højde for frygtelige løver, tigre, hajer og krokodiller. Men svaret er et dyr, der ikke er mere end 1 centimeter langt.

Et par myggenarter, ud af de tusinder, der befolker forskellige miljøer, er de dødeligste dyr på jorden. Anopheles muskler alene, overfører malaria gennem deres bid og smitter årligt over 200 millioner mennesker og er ansvarlige for 400.000 dødsfald om året, hvoraf 70 procent er børn under 5 år.

Andre mygtyper overfører også sygdomme - dengue, West Nile, og Zika - gennem deres bid.

Vi er genetikere på Imperial College i London, der fokuserer på myggen og dens rolle som en vektor af sygdom. I mere end 20 år har vi fokuseret på udviklingen af ​​genetisk manipulerede myg. Det er fordi årtier af malaria kontrol har lært os, at den mest effektive strategi for at forebygge malaria er at kontrollere myggen selv. År med forskning har ført til udviklingen af ​​det ultimative og sofistikerede genetiske værktøj kaldet "gendrev." Når det er korrekt konstrueret, kan det eliminere mygpopulationer indeholdt i bur i laboratoriet.

Se også: Hvordan Millioner Parasit-Ridede Mosquitos hævet af Roboter kan bekæmpe Zika

Vi bekæmper mosquito-borne sygdomme hver dag

Kun kvindelige mygder bider mennesker. De drikker humant blod for at samle næringsstoffer for at producere deres æg. Hvis den kvindelige myg er inficeret med en virus eller en parasit, vil den passere infektionen på den bidte person. Senere, hvis en uinficeret myg bidder det nyligt inficerede menneske, vil det afhente mikroorganismen, og det vil også være i stand til at sprede sygdommen til andre personer.

For en sygdom som malaria, som er en trussel for næsten halvdelen af ​​verdens befolkning, har folkesundhedsinitiativer brugt en række metoder til at målrette sig mod malaria parasitten selv, som vacciner og stoffer. Andre metoder - herunder pesticider, fumigation, sengetelefoner og fjernelse af myggenes levesteder - stræber efter at reducere kontakten med eller antallet af myg. Men vi mener, at målretning af myggen er den mest effektive måde at reducere malaria tilfælde over hele verden.

Nu i Afrika, hvor malaria byrden er højest, sprøjter insekticid indendørs og sover under insekticid-laced bed garn, er de mest effektive måder at hurtigt reducere malaria transmission. Disse kontrolforanstaltninger og interventioner har bidraget til at reducere malariabyrden på mange steder dramatisk. Siden 2010 er dødeligheden forårsaget af malaria faldet med 35 procent blandt børn under 5 år.

Disse metoder er dog ikke bæredygtige, og de skal implementeres i stor skala for at nå deres fulde potentiale. Dette blev tydeligt mellem 2014 og 2016, hvilket markerede første gang siden 2010, hvor malaria sager er steget, og den faldende tendens iagttaget i årene før. Myg er ved at udvikle modstand mod antimalariale lægemidler og insekticider, og vi løber tør for muligheder og tid.

En ny tilgang

For at opnå malariaudryddelse skal folkesundhedsforskere opgradere vores arsenal. For at bevæge sig mod dette mål har vi, Crisanti-laboratoriet her på Imperial College, arbejdet på en plan om at gøre netop det.

For nylig er der udviklet en teknologi, der hedder CRISPR, som gør det muligt for forskere at redigere DNA med stor effektivitet. Forskere over hele verden bruger CRISPR til at ændre myg DNA med det formål at fjerne mygebårne sygdomme, som malaria. I vores lab har vi udviklet, hvad der måske er den mest avancerede brug af den teknologi, der nogensinde er foreslået. Det hedder "gen drive". Denne type genetiske modifikation har evnen til at sprede et træk i en vild befolkning, der overstyrer de klassiske love om arvelighed.

DNA, der overføres fra en forælder, fra generation til generation via de klassiske love om arvelighed, er arvet af kun halvdelen af ​​afkom af hver generation. Dette holder hyppigheden af ​​den genetiske modifikation eller egenskaben i mygpopulationen ens.

Gendrev er arvet af mere end 50 procent af afkom. Dette giver dem mulighed for gradvist at øge hyppigheden af ​​et træk over efterfølgende generationer, hvilket er en fordel i forhold til den potentielle anvendelse af andre GM myg.

Etik for ændring af vilde mygpopulationer

Vi har designet et gendrev, der retter sig mod frugtbarhedsgener, der er afgørende for udviklingen af ​​den kvindelige myg. Når disse gener er forstyrret, er det kvindelige insekt ikke i stand til at bide eller producere afkom.

Fordelen ved gendrev er, at vi kun kan målrette mod Anopheles gambiae arter - en af ​​de primære vektorer, der bærer sygdommen i Afrika syd for Sahara - uden at påvirke dem, der ikke gør det.

Da vi testede vores teknologi i laboratoriet, kunne vi sprede dette træk til 100 procent af mygepopulationen i burene. Konsekvensen af ​​at producere normale mandlige myg og sterile kvinder var, at vi førte befolkningen til nul inden for seks måneder.

Dette er første gang, at en befolkning er blevet undertrykt ved hjælp af et gendrev, om end i laboratoriet.

Gen drive er en hurtig bevægelse og kraftig genetisk teknologi. Evnen til at transformere naturlige populationer uden konstant menneskelig indgriben gør dem ideelle til at supplere de nuværende værktøjer og metoder til bekæmpelse af smitsomme sygdomme og reducere deres økonomiske og økologiske byrde.

Selv om undertrykkelsen af ​​caged myggepopulationer i laboratoriet er en milepæl, er en egentlig feltfrigivelse af et gendrev mindst et årti langt i fremtiden.

Fordi de kan sprede sig selv og over potentielt store geografiske områder, rejser teknologien potentielle etiske bekymringer over deres brug. For eksempel, hvem bestemmer, hvornår et gendrev frigives, hvis der ikke opnås fuld konsensus fra de lokalsamfund, der er berørt af det? Disse spørgsmål diskuteres bredt af forskere, etikere, regulatorer og dem, der kan blive påvirket af anvendelsen af ​​gendrevsteknologi.

Ikke desto mindre har det videnskabelige samfund gjort store fremskridt hen imod potentielle metoder til at beskytte teknologien, herunder potentialet for design, der ville begrænse deres spredning. Den endelige beslutning om, hvorvidt et gendrev kan frigives i naturen, skal ske med de berørte landes samtykke og nærmere bestemt de samfund, der lever med disse sygdomme hver dag.

Denne artikel blev oprindeligt udgivet på The Conversation af Andrea Crisanti og Kyros Kyrou. Læs den oprindelige artikel her.