GENE-EDITED komáři Slash Malaria se šířila o 93% pomocí samoprocesovacího štítu

Předvídací rezistence na insekticidy: Jak se jedna genetická editace v komárech samopropaguje napříč generacemi, což snižuje přenos malárie na téměř nulu bez poškození přežití.

Anopheles Mosquito Larva – Studie: Řízení ochranné alely genu komára FREP1 v boji proti malárii. Obrázek kredit: Sinhyu fotograf / Shutterstock

V nedávné studii zveřejněné v časopise PřírodaSkupina vědců zkoumala, zda vykreslení alel glutaminu 224 (Q224) související s proteinem 1 (FREP1) (FREP1) Anopheles Stephensi Komáři refrakterní na Plasmodium infekce, kvantifikovala náklady na kondici spojené s touto alelou a vyhodnotila propojený alelický pohon, aby rozšířil tuto ochrannou variantu prostřednictvím populací.

Pozadí

V roce 2023 zemřelo na malárii asi 600 000 lidí, většinou dětí v subsaharské Africe a jižní Asii. Tradiční nástroje, jako jsou sítě postele ošetřených insekticidem, vnitřní zbytkové stříkání a antimalariální léky, ztrácí půdu pro komáři odolné proti insekticidům a parazity rezistentními na drogy. Technologie genových pohonů, které šíří prospěšné alely prostřednictvím populací komárů, nabízejí doplňkové a trvanlivé řešení. Komár FREP1 pomáhá parazitům překročit midgut a přirozeně se vyskytující Q224 zdá být ochranný, aniž by poškodil biologii komárů. Testování a bezpečné řízení takových endogenních alel by mohly snížit přenos při zachování fitness. K ověření je zapotřebí dalšího výzkumu účinnostfitness, šíření a zadržení.

O studii

Použití shlukovaných pravidelně rozsazených krátkých palindromických opakování (CRISPR) a CRISPR-Asociovaného proteinu 9 (CAS9), tým generoval kongenický Anopheles Stephensi Kmeny komárů, které se lišily pouze při aminokyselině 224 FREP1: Leucin divokého typu (WT) (L224) a údajně ochranný glutamin (Q224). Průvodce kyselina ribonukleová (GRNA) se zaměřila na intronické páry based 126 (BP) před kodonem, což umožnilo homologickou opravu (HDR) nainstalovat Q224 společně s zeleným fluorescenčním proteinem (GFP) nebo červeným fluorescenčním proteinem (RFP) markery. Fitness byla hodnocena délkou křídla, plodností, rychlostí vajec, štěňata, vznik a dlouhověkost dospělých v testech přežití Kaplan-Meier.

Vektorová kompetence byla měřena standardním krmením membrány Plasmodium falciparum (lidská malárie parazit) při nízké a vysoké gametocytemii a krmení myší Plasmodium berghei (parazit na malárii hlodavců), který kvantifikoval oocysty a sporozoity slinných žláz. Propojená kazeta alelické pohony nesoucí GRNA L224 byla kombinována s VASA CAS9 s zkreslením dědičnosti a multigenerační pokusy o klece (10 generací) sledovaly frekvence markerů. Alely přijímače byly genotypovány pomocí polymerázové řetězové reakce (PCR), Sangerova sekvenování a sekvenování nové generace (NGS) pro odhad výsledků opravy dvouřetězcového zlomu (DSB), včetně nehomologního koncového spojení (NHEJ). Bayesovské matematické modelování odvozené míry konverze, náklady na kondici a dynamiku v laboratoři, volně páření podmínek klece.

Výsledky studie

V rámci rozsáhlých fitness testů však alela FREP1Q224 uložila zanedbatelné celkové náklady na kondici. Délka křídla, plodnost, poklop vajec, štěňátko a vznik dospělých byly nerozeznatelné od kontroly WT Leucine 224 (FREP1L224), s pouze malými nekonzistentními rozdíly v velikosti těla a životnosti, které nezměnily konkurenční výkon v multigeneračních klecích. Panenské samice nesoucí FREP1Q224 žily, pokud kontroly a ženy krve krve vykazovaly mírné snížení dlouhověkosti ve srovnání s pannami, ale skromné rozdíly v dlouhověkosti u mužů nebo žen krve krk v průběhu času neposoudily frekvence alel.

Infekce experimenty odhalily silnou ochranu u homozygotních komárů. Při nízkém Plasmodium falciparum Gametocytemie (0,08%), prevalence infekce klesla z zhruba 80% v VASA CAS9 a FREP1L224 CONTROLS na přibližně 30% v komátech FREP1Q224, zatímco medián oocystových čísel klesl ze tří na nulu. Sporozoitové zátěže ve slinných žlázách klesly přibližně pětkrát, z mediánů nad 4 000 na nulu. Dokonce i při vyšší gametocytemii (0,15%) se střední počet oocyst snížil z zhruba 32 na midgut na méně než 10 a sporozoity byly prudce sníženy. Proti Plasmodium bergheiDivergentní parazita hlodavců, FREP1Q224 také snížil střední počty oocyst (43 až 25) a sporozoite čísla (přibližně 19 000 až 11 000). Prevalence oocyst se však významně neklesla, pravděpodobně v důsledku nepřirozeného párování komárů a parazitů, což potvrzuje širokospektrální refrakční. Odolnost vyžadovala homozygotnost: heterozygoty (FREP1L224/FREP1Q224) nebyly významně chráněny.

Propojená alelická jednotka fungovala efektivně. Při párových testech se řídí kyselina ribonukleová L224 plus CAS9 převedena 50 na 86% přijímačů FREP1L224, na FREP1Q224 pomocí HDR, s vyšší konverzí, když byl CAS9 mateřsky poskytován, čímž se vytvořil celkovou frekvenci ochranných alel až 93% ve druhé generaci. Nehomologní mutace spojujícího se na konci byly mírné (0–12%) a často se zdály škodlivé. Při volně páření klecích na populaci nasazených na dárci 1: 3: alelický poměr přijímače se frekvence ochranné alely zvýšila z 25 procent na 90% během 10 generací. Frakce alel NHEJ se snížila z 5,4% na méně než 0,5%, což odpovídá nákladům na kondici spojené se ztrátou funkcí variant proteinu souvisejícího s fibrinogenem 1.

Bayesovské modelování podporovalo syntézu vysokého alelického přeměny, nízké míry alel funkčního odporu a smrtelné mozaiky, kde WT homozygoti vystaveni mateřsky uloženým komplexům CAS9-GRNA trpí vážnými fitness tresty kvůli somatickým mutace obou alel FREP1, jako řidiči pozorovaného super-kontrolovaného šíření. Konečně komáři odebrané z klecí z pozdní generace vykazovali téměř kompletní potlačení Plasmodium falciparum Oocysty (střední nula až 5,5) při nízké gametocytemii, což potvrzuje, že poháněná populace se stala z velké části refrakterní. Zejména ochranná alela udržovala paritu v konkurenci hlavy k hlavě s kongenickými chromozomy a posílila, že její šíření odráží pohon, nikoli skryté výhody nebo jiné ekologické náklady.

Závěry

Abych to shrnul, tato studie ukazuje, že nahrazení jedné aminokyseliny ve FREP1 a zkreslení její dědictví prostřednictvím propojené alelické jednotky může vykreslit Anopheles Stephensi Převážně refrakterní jak na parazity lidské i hlodavce malárie, aniž by vznikly podstatné fitness tresty. Vzhledem k tomu, že ochranná varianta zachovává normální biologii komárů, nabízí realistickou cestu k nižšímu přenosu, doplňující sítě postele, vnitřní zbytkové stříkání a antimalariální léky, které jsou nyní ohroženy rezistencí. Stejný rámec by mohl převést alely rezistence na insekticidu zpět na citlivost nebo nasazení jiných ochranných hostitelských variant. Před jakýmkoli nasazením budou nezbytné přísné ekologické, etické a správní rámce, jakož i strategie uvěznění.