Search
Study: Eliminating malaria vectors with precision-guided sterile males. Image Credit: RealityImages / Shutterstock

טכניקה גנטית מבוססת CRISPR מחסלת את יתושי המלריה ביעילות של למעלה מ-99%.

מדענים מאוניברסיטת קליפורניה, ארה"ב, פיתחו טכניקת חרקים סטרילית מונחית מדויקת כדי לחסל את וקטור המלריה האפריקאי העיקרי, אנופלס גמביה יתושים, ובהמשך להפחית את העברת המלריה.

המחקר פורסם בכתב העת הליכים של האקדמיה הלאומית למדעים (PNAS).

מחקר: חיסול וקטורי מלריה עם זכרים סטריליים מונחים מדויקים. קרדיט תמונה: RealityImages / Shutterstock

רקע כללי

מלריה היא מחלה טפילית מסכנת חיים המתפשטת לבני אדם באמצעות עקיצת יתושים. על פי גיליון המידע של ארגון הבריאות העולמי (WHO) לשנת 2022, היו כ-249 מיליון מקרי מלריה ו-608,000 מקרי מוות ממלריה ב-85 מדינות.

התפוצה הנרחבת של חיסון המלריה מנעה למעשה את תוצאות המחלה הגרועות ביותר בשנים האחרונות. עם זאת, הדברת מחלות באזורים הנגועים ביותר דורשת חיסול מוחלט של וקטור יתוש המלריה האפריקאי העיקרי אנופלס גמביה.

שיטות קונבנציונליות, כולל טכנולוגיות מבוססות קוטלי חרקים ובקרות סביבתיות, הופכות פחות יעילות בגלל ההופעה המהירה יותר של אוכלוסיות יתושים עמידות לתרופות. זה מדגיש את הצורך בפיתוח אמצעי בקרה חדשים כדי לשבור את שרשרת העברת המחלות.

טכניקת החרקים הסטריליים (SIT) היא אמצעי בקרה מבטיח הפועל באמצעות שחרורים המוניים של זכרים עקרים, אשר באופן טבעי מאתרים, מזדווגים ומעקרים את בנות זוגו הנקבה המוננדרוסיות (שיש להם רק בן זוג מיני זכר אחד).

תהליכי העיקור הקונבנציונליים כוללים העברה של זרע פגום שעבר עיקור רדיו והזדווגות עם זכר חסר זרע. הפיתוח של מערכת SIT גנטית ניתנת להרחבה ביתושים דורש שילוב של סטריליזציה זכרית מדויקת ומערכות חיסול נשיות. זה נקרא SIT מונחה מדויק.

במחקר זה, מדענים פיתחו SIT מונחה דיוק ב אנופלס גמביה לסטריליזציה מתוכנתת של זכר וחיסול נשים, שניתן להשתמש בהם בקנה מידה גדול בפעולות SIT.

פיתוח טכניקת חרקים סטרילית מונחית מדויקת

המדענים פיתחו קו RNA רב-מדריך (gRNA) המכוון למוקד הנשי המאופיין היטב doublesexF (dsxF) וגנים לפוריות הגבר אפס גידול אוכלוסיה (zpg) ו-β2-טובולין (β2).

באמצעות אסטרטגיית CRISPR בינארית, הם חצו את קו ה-gRNA הזה לקו הטרנסגני Cas9 וצפו באנדרוגניזציה נשית משמעותית אך לא מלאה (התפתחות של מאפיינים מיניים זכריים משניים) בצאצאים ההיברידיים. זה יכול להיות בגלל dsxF מיקוד, כפי שהוזכר על ידי המדענים.

הם שיפרו עוד יותר את סילוק הנשי על ידי חציית קו ה-gRNA לקו Ifegenia Genetic Sexing System, וביססו קווים המבטאים gRNA הומוזיגוטיים כפולים. הקו של Ifegenia Genetic Sexing System מכוון לגן החיוני הנשי ללא נקבה (עוף) כדי לאפשר שיטת הפצה מבוססת ביצים.

על ידי חציית שני הקווים הללו ל-Cas9, הם אישרו את נוכחותן של מוטציות בתוך כל גן בצאצאים ההיברידיים.

דיכוי אוכלוסייה בעקבות שחרור של זכרי pgSIT ביחסים שונים לסוג הבר.  (א) הוקמו כלובי דיכוי בדיקה עם 50 זכרים מסוג בר, 50 נקבות בתולות מסוג פרא, ו-0, 50,100, 250 או 500 זכרים pgSITD15 (עבור 0:1, 1:1, 2:1, 5:1 , ו-10:1 pgSIT:יחסי זכר מסוג פראי בהתאמה).  לאחר הזדווגות והאכלת דם, קצב הבקיעה חושב עבור כל כלוב.  (ב) ספירת הביצית מכלובי בדיקת דיכוי אוכלוסין.  קבוצות 0:1 ו-10:1 שונות באופן משמעותי (P < 0.05, ההשוואות המרובות של דאנט).  ממוצע ו-SD מוצגים.  (ג) דיכוי אוכלוסייה כפי שנמדד על ידי קצב הבקיעה (%) מכלובים מדוכאים על ידי יחסים שונים של זכרי pgSIT לזכרים מסוג פרא.  שיעור הבקיעה מדווח כאחוז הביצים שבקעו (n% = n זחלים בני 1-D/n ביצים שהוטלו).  קבוצת הביקורת 0:1 שונה משמעותית הן בקבוצות 5:1 (P < 0.001) ו- 10:1 (P < 0.001) (ANOVA חד כיווני, מבחן ההשוואות המרובות של דאנט).  ממוצע ו-SD מוצגים.  נוצר עם Biorender.com.דיכוי אוכלוסייה בעקבות שחרור זכרי pgSIT ביחסים שונים לסוג הבר. (א) הוקמו כלובי דיכוי בדיקה עם 50 זכרים מסוג פרא, 50 נקבות בתולות מסוג פרא, ו-0, 50,100, 250 או 500 pgSITD15 זכרים (עבור 0:1, 1:1, 2:1, 5 :1, ו-10:1 pgSIT:יחסי זכר מסוג פראי בהתאמה). לאחר הזדווגות והאכלת דם, קצב הבקיעה חושב עבור כל כלוב. (ב) ספירת הביצית מכלובי בדיקת דיכוי אוכלוסין. קבוצות 0:1 ו-10:1 שונות באופן משמעותי (P < 0.05, ההשוואות המרובות של דאנט). ממוצע ו-SD מוצגים. (ג) דיכוי אוכלוסייה כפי שנמדד על ידי קצב הבקיעה (%) מכלובים מדוכאים על ידי יחסים שונים של זכרי pgSIT לזכרים מסוג פרא. קצב הבקיעה מדווח כאחוז הביצים שבקעו (n% = n זחלים בני 1-d/n ביצים שהוטלו). קבוצת הביקורת 0:1 שונה משמעותית הן בקבוצות 5:1 (P < 0.001) והן בקבוצות 10:1 (P < 0.001) (ANOVA חד כיווני, מבחן ההשוואות המרובות של דאנט). ממוצע ו-SD מוצגים. נוצר עם Biorender.com.

האפקטיביות של טכניקת חרקים סטרילית מונחית מדויקת

מערכת ה-SIT המונחה המדויקת הסופית שפותחה במחקר יצרה יותר מ-99.5% סטריליות גברית ויותר מ-99.9% קטלניות נשית בצאצאים ההיברידיים.

היתושים הזכרים המעוקרים גנטית היו חסרים אשכים, אך חוץ מזה שמרו על מערכת רבייה תחתונה תקינה. גם יתושים אלה הפגינו אריכות ימים טובה. נוכחות של מערכת רבייה תחתונה תקינה גילתה כי יתושים אלו מסוגלים להעביר פקק הזדווגות, דרישה חיונית להשראת עקשנות אצל נקבות.

המדענים ערכו מבחני ניסוי בכלוב תחרותי שבהם היתושים המעוקרים הזכרים הללו התחרו נגד יתושים זכרים מסוג פרא. הממצאים הראו כי יתושים מעוקרים מסוגלים לגרום לדיכוי אוכלוסיה מתמשך.

יתר על כן, המדענים עיצבו שחרורים היפותטיים של SIT מונחה מדויק אנופלס גמביה ביצים כדי לחקור את הפוטנציאל שלהן לחסל מקומי אנופלס גמביה אוּכְלוֹסִיָה. הממצאים הראו שמערכת SIT מונחה דיוק יכולה לחסל את המקומיים אנופלס גמביה אוכלוסיות ובעקבות כך למנוע העברת מלריה.

משמעות המחקר

המחקר מתאר את הפיתוח של טכנולוגיית SIT גנטית המכונה מערכת SIT מונחית מדויקת שמציגה חיסול נשי מוחלט ועיקור גברי כמעט מוחלט. יתושים זכרים מעוקרים גנטית המיוצרים באמצעות מערכת זו מסוגלים לעורר דיכוי אוכלוסייה חזק וצפויים לחסל את הבר אנופלס גמביה אוכלוסיות.

כפי שהוזכר על ידי המדענים, מערכת זו עשויה לאפשר דיכוי של המינים הסמוכים בתוך אנופלס גמביה מורכב, כולל אנופלס ארביאנסיס, אנופלס quadriannulatus, אנופלס מלסו אנופלס מרוס.

מערכת זו אינה שואפת לשחרר טרנסגנים לאוכלוסייה. עם זאת, זכרי נמלטים פוריים נדירים שנצפו במחקר מצביעים על כך שחלק מהטרנסגנים של CRISPR יכולים להשתחרר באוכלוסייה. טרנסגנים אלו צפויים להיעלם מהאוכלוסייה בגלל פגמי הכושר הטבועים בהם.

בסך הכל, מערכת SIT מונחית דיוק זו מהווה תוספת חשובה לערכת הכלים הביולוגית הגנטית של מלריה. הוא ממלא את רוב הקריטריונים הדרושים לשימוש במהדורות SIT. מערכת זו יכולה לייצר יתושים זכרים סטריליים ביותר במסה, מה שעלול לגרום לדיכוי אוכלוסייה חזק.

מערכת זו ניתנת להגבלה וניתנת להרחבה יותר מטכנולוגיות אחרות של שינוי גנטי שפותחו עד כה עבור מין יתוש המלריה המסוים הזה. מערכת זו יכולה לתרום באופן משמעותי להדברת וקטורי מלריה קטלניים.

דילוג לתוכן