Genmodifisering hindrer mygg i å spre malaria

Mygg dreper flere mennesker hvert år enn noe annet dyr. I 2023 smittet de blodsugende insektene anslagsvis 263 millioner mennesker med malaria, noe som førte til nesten 600 000 dødsfall, hvorav 80 % var barn.

De siste forsøkene på å stoppe malariasmitte har stoppet opp ettersom mygg har utviklet resistens mot insektmidler, og parasittene som forårsaker malaria har blitt resistente mot legemidler. Disse tilbakeslagene har blitt forverret av COVID-19-pandemien, som har komplisert den pågående malariakontrollen.

Nå har forskere fra University of California, San Diego, Johns Hopkins University, UC Berkeley og University of Sao Paulo utviklet en ny metode som genetisk blokkerer myggs evne til å overføre malaria.

Biologene Zhiqian Li og Ethan Beer fra UC San Diego, og Yuemei Dong og George Dimopoulos fra Johns Hopkins University har laget et CRISPR-basert genredigeringssystem som endrer et enkelt molekyl i en myggs kropp – en liten, men effektiv endring som stopper overføringen av malariaparasitten. De genmodifiserte myggene kan fortsatt bite smittede mennesker og plukke opp parasitten fra blodet deres, men de kan ikke lenger overføre den til andre mennesker. Det nye systemet er utviklet for å genetisk spre malariaresistensegenskapen inntil hele populasjoner av disse insektene ikke lenger bærer parasitten.

«Å endre én aminosyre i en mygg til en annen naturlig forekommende aminosyre som forstyrrer infeksjon av malariaparasitten – og spre den gunstige mutasjonen i hele myggpopulasjonen – er et virkelig gjennombrudd», sa Bier, professor ved institutt for celle- og utviklingsbiologi ved UC San Diego School of Biological Sciences. «Det er vanskelig å tro at en så liten endring kan ha en så dramatisk effekt.»

Det nye systemet bruker CRISPR-Cas9 som en «genetisk saks» og veileder RNA for å lage et kutt i et presist område av mygggenomet. Deretter erstatter det en uønsket aminosyre som letter malariaoverføring med en gunstig aminosyre som forstyrrer prosessen.

Systemet retter seg mot et gen som koder for et protein kjent som FREP1. Dette proteinet hjelper mygg med å utvikle seg og spise blod når de biter. Det nye systemet erstatter aminosyren L224 i FREP1 med et annet allel, Q224. Parasittene bruker L224 for å komme seg til insektets spyttkjertler, hvor de forbereder seg på å infisere en ny vert.

Dimopoulos, professor ved Institutt for molekylær mikrobiologi og immunologi og medlem av Johns Hopkins Bloomberg School of Public Healths Malaria Research Institute, og laboratoriet hans testet stammer av Anopheles stephensi-mygg, den viktigste vektoren for malaria i Asia. De fant ut at det å erstatte L224 med Q224 effektivt blokkerte to forskjellige typer malariaparasitter fra å komme inn i spyttkjertlene, og dermed forhindre infeksjon.

«Det fine med denne tilnærmingen er at vi bruker et naturlig forekommende allel av et mygggen. Med én presis endring gjør vi det om til et kraftig skjold som blokkerer flere arter av malariaparasitter – og sannsynligvis i forskjellige myggpopulasjoner og -arter. Dette åpner døren for tilpasningsdyktige, reelle sykdomsbekjempelsesstrategier»,
sa George Dimopoulos.

I påfølgende tester fant forskerne at selv om den genetiske endringen forhindret parasitten i å infisere kroppen, var myggenes vekst og reproduksjon upåvirket. Mygg med den nye versjonen av Q224 var like levedyktige som mygg med den opprinnelige aminosyren L224 – en viktig prestasjon, gitt at FREP1-proteinet spiller en viktig rolle i myggbiologi, uavhengig av dets rolle i overføring av malaria.

I likhet med «gendriftssystemet» utviklet forskerne en metode som lar myggavkom arve Q224-allelet og spre det i hele populasjonen, og dermed stoppe overføringen av malariaparasitter. Dette nye «alleliske drivsystemet» følger et lignende system som nylig ble utviklet i Beers laboratorium, og som genetisk reverserer insektmiddelresistens hos landbruksskadedyr.

«I den tidligere studien skapte vi en selvterminerende drivkraft som reverserer en fruktfluepopulasjon fra insektmiddelresistens tilbake til mottakelighet. Så forsvinner det genetiske kassettelementet ganske enkelt, og etterlater bare en 'vill' populasjon», forklarte Bier. «Et lignende spøkelsessystem kan konvertere myggpopulasjoner til å bære den parasittresistente FREP1Q-varianten.»

Selv om forskerne har vist at det er effektivt å erstatte L224 med Q224, forstår de ennå ikke helt hvorfor denne endringen fungerer så effektivt. Ytterligere studier er i gang for å finne ut nøyaktig hvordan aminosyren Q224 blokkerer parasittens inntredensvei.

«Dette gjennombruddet er et resultat av upåklagelig samarbeid og innovasjon på tvers av vitenskapelige institusjoner», la Dimopoulos til. «Sammen brukte vi naturens egne genetiske verktøy for å gjøre mygg til allierte i kampen mot malaria.»

Studien ble publisert i tidsskriftet Nature.