Генетическая модификация, создающая только самцов, уничтожила популяции малярийных комаров в лаборатории

Модификация, приводящая к рождению большего числа самцов, позволила уничтожить популяции малярийных комаров в лабораторных экспериментах.

Команда из Имперского колледжа Лондона распространила генетическую модификацию, искажающую соотношение полов, в популяции комаров Anopheles gambiae в клетках с помощью технологии «генного драйва».

Их модификация заставляет комаров производить больше потомства-самцов, что в итоге приводит к отсутствию рождения самок и полному коллапсу популяции. Это первый успешный полоискажающий генный драйв, создание которого было целью учёных, поскольку такие модификации ожидаются чрезвычайно эффективными для контроля природных популяций комаров.

В 2018 году было зарегистрировано 228 миллионов случаев малярии и 405 000 смертей, и для продвижения к искоренению болезни необходимы новые методы борьбы. Из примерно 3500 видов комаров в мире только 40 родственных видов могут переносить малярию. Модификация была применена к комарам Anopheles gambiae — основному переносчику малярии в Африке к югу от Сахары.

Предполагается, что в будущем будут выпущены комары Anopheles gambiae, несущие полоискажающий генный драйв, который распространит «мужскую предвзятость» в локальных популяциях малярийных комаров и вызовет их коллапс.

Поскольку только самки кусаются и питаются кровью, лишь они могут передавать малярию. Таким образом, модификация может иметь двойной эффект, смещая популяцию в сторону меньшего числа самок ещё до её коллапса.

Эксперименты проводились на популяциях комаров в клетках. Прежде чем рассматривать выпуск модифицированных комаров в природу, необходимы дополнительные исследования. Результаты опубликованы в Nature Biotechnology.

Ведущий учёный профессор Андреа Крисанти: «Это исследование представляет собой ключевой этап в долгожданной цели сместить потомство человеческого малярийного комара так, чтобы производились только некусающиеся самцы. Наличие проверенного полоискажающего драйва открывает новый путь для учёных по разработке генетических методов контроля переносчиков малярии с целью искоренения болезни».

Создание устойчивого смещения в сторону самцов

Модификация работает за счёт использования фермента, разрезающего ДНК, для уничтожения X-хромосомы во время производства спермы, что приводит к преимущественно мужскому потомству, так как для самок требуются две X-хромосомы. Хотя полоискажатели на основе похожих механизмов создавались и ранее, новая версия была соединена с генным драйвом, что позволило ей распространяться в популяции с очень низкой начальной частоты чрезвычайно эффективным способом.

Ген распространяется быстрее, чем можно было бы ожидать естественным путём, благодаря компоненту генного драйва, что означает наследование модификации почти в 100% случаев, а не только в 50%, как при обычном спаривании.

Соединение полоискажателя с генным драйвом также повышает устойчивость системы. Поскольку он распространяется через самцов, система менее чувствительна к любому «штрафу за приспособленность» — для самцов нет негативных последствий, что повышает вероятность их спаривания и передачи генов, позволяя модификации эффективно распространяться.

Показано, что ген, создающий смещение в сторону самцов, быстро распространяется в популяции, не встречая сопротивления, даже если изначально им обладала лишь малая доля комаров (частота выпуска 2,5%). Это демонстрирует его огромный потенциал для контроля малярийных комаров в полевых условиях.

Переход к следующей фазе

Ранее команда создала модифицированных комаров Anopheles gambiae, распространяющих бесплодие у самок, и эта линия комаров перешла к испытаниям в более крупных клетках, лучше имитирующих природные условия.

Новые комары со смещением в сторону самцов приводят к коллапсу популяции быстрее, чем комары с бесплодием самок, и имеют дополнительное преимущество, сокращая доля кусающихся самок на более раннем этапе. Эта линия также теперь перейдёт к испытаниям в более крупных клетках, где конкуренция за пищу, динамика спаривания и другие экологические факторы могут изменить судьбу генного драйва.

Соавтор исследования доктор Алекос Симон: «Новый результат очень обнадёживает, и здорово видеть, как эта линия комаров переходит на следующую фазу проекта. Когда мы начинали, никто не знал, сработает ли это, поэтому я горжусь, что мы превратили новую теоретическую идею в нечто, что было показано в лаборатории и имеет потенциал спасти миллионы жизней».