Komarji in genetska metoda za samouničenje

Po svetu se vse bolj uveljavljajo ideje o zatiranju komarjev z različnimi genetskimi pristopi. Ti bi lahko predstavljali alternativo insekticidom, proti katerim lahko komarji ob pretirani uporabi postanejo odporni. Največ obeta metoda gene drive, s katero bi lahko malarijo izničili že začasa naših življenj. Z metodo se na britanskem Imperial Collegeu ukvarja tudi slovenski raziskovalec Nace Kranjc.

Komarji prenašajo povzročitelje številnih hudih bolezni, in so zato “krivi” za mnoge smrti po svetu. Ena najbolj perečih bolezni je malarija, zaradi katere vsako leto umre približno pol milijona ljudi, o čemer pišemo v našem članku.

Raziskovalci v boju proti tej bolezni ubirajo različne pristope, med drugim raziskujejo možnosti genetskih metod zatiranja komarjev rodu Anopheles, ki prenašajo njenega povzročitelja – enoceličnega parazita vrste Plasmodium. Največ obeta tehnologija genskega preurejanja gene drive, s katero raziskovalci posegajo v naravni dedni zapis komarjev. Tehnologija omogoča hitro razširitev želene genetske lastnosti v populaciji prek običajnega, spolnega razmnoževanja komarjev.

Eden od vodilnih raziskovalcev na tem področju je dr. Andrea Crisanti z britanskega Imperial Collegea. V njegovi raziskovalni skupini sodeluje tudi slovenski raziskovalec, bioinformatik Nace Kranjc iz Cerkna, ki pravkar končuje doktorsko disertacijo. V laboratoriju se ukvarja z izbiro primernih tarčnih mest v genomu za tehnologijo, angleško poimenovano gene drive, na podlagi kopice različnih bioloških podatkov.

arhiv N. Kranjc

Slovenski raziskovalec Nace Kranjc se v laboratoriju na Imperial College v Veliki Britaniji ukvarja z izbiro primernih tarčnih mest v genomu za tehnologijo gene drive.

Spremenjeni gen se v nekaj generacijah razširi v populaciji

Tehnologija genskega inženirstva gene drive omogoča spreminjanje gena, za katerega želimo, da se v neki populaciji (ne)deduje prednostno. Njena bistvena prednost je, da spremenjeni gen namesto 50 odstotkov potomcev deduje okrog 99 odstotkov potomcev. “To pomeni, da se takšen spremenjeni gen hitro, v nekaj generacijah, lahko razširi v populaciji,” pojasnjuje Kranjc.

Geni, ki jih raziskovalci spremenijo in ki se nato z razmnoževanjem hitro razširijo v populaciji, na komarje vplivajo različno. Povzročijo lahko, da parazit, ki povzroča malarijo, v komarju s spremenjenim genom ne more več gostovati, ali pa vplivajo na spolni razvoj samic komarjev, s čimer se posredno zmanjša število komarjev in s tem število prenosov parazita.

S podobnimi genetskimi pristopi pa lahko vplivamo tudi na to, da se namesto samic in samcev razvijejo le samci, kar začasno pripelje do zmanjšanja števila komarjev določene vrste v nekem okolju. Enak učinek ima tudi izpust gensko spremenjenih samcev v okolje, ki se parijo s samicami, vendar te ne proizvedejo potomcev.

N1

Spremenjeni gen namesto 50 odstotkov potomcev deduje okrog 99 odstotkov potomcev.

Primer uspešnega iztrebljenja populacije z vsiljenim genom

Crisantijeva skupina je že leta 2018 poročala o uspešnem poskusu vcepitve elementov za gensko preurejanje v komarje v laboratorijskem okolju, v katerem so komarji v le nekaj generacijah popolnoma izgubili sposobnost razmnoževanja. Do danes so to uspešno dokazali tudi v večjih kletkah z mnogo večjim številom komarjev.

“To je zelo pomembno zato, ker so v večjih kletkah pogoji precej bližje tistim v naravi. Tudi dinamika parjenja med samicami in samci je drugačna kot pri majhnem laboratorijskem eksperimentu. Glede na uspešne rezultate smo zelo optimistični, in kot kaže, smo na pravi poti,” pove Kranjc.

V zadnjih treh letih je bilo izvedenih tudi precej študij, ki preverjajo varnost in zanesljivost tehnologije gene drive, veliko pa se raziskovalci ukvarjajo tudi z izboljševanjem obstoječih pristopov gene drive in iskanju novih tarčnih genov. “Iz preteklih raziskav so namreč videli, da je selekcijski pritisk na te komarje zelo velik in lahko pride do pojava odpornosti, kar pa efektivno zmanjša uspešnost,” pojasnjuje.

Etični zadržki metode gene drive

Ker s to metodo raziskovalci v genetski material cele populacije komarjev na nek način vpisujejo navodila za njihovo samouničenje, so bili v preteklosti deležni mnogih kritik in očitkov, da s tem preveč in nevarno posegajo v ekosistem ter se na nek način igrajo boga.

“Nasprotovanje novim tehnologijam obstaja od nekdaj in bilo bi naivno pričakovati drugače tudi zdaj in v prihodnje,” na očitke odgovarja Krajnc.

arhiv N. Kranjc

Crisantijeva skupina je že leta 2018 poročala o uspešnem poskusu vcepitve elementov za gensko preurejanje v komarje v laboratorijskem okolju.

Ob tem poudarja, da z metodo ne uničujejo vseh komarskih vrst, temveč gre za tarčno zmanjševanje števila zgolj tistih, ki prenašajo malarijo. Od 3.500 vrst komarjev je namreč le 400 vrst iz rodu Anopheles, od teh pa so le tri odgovorne za večino primerov malarije.

“Trenutno potekajo predčasne ekološke študije v Gani, kjer se ocenjuje, kakšen vpliv bi imelo zmanjšanje ličink komarja Anopheles gambiae na druge organizme v istem okolju. Ekološka niša, ki bi ob tem nastala, naj bi se zapolnila s komarji drugih vrst, ki pa zelo verjetno niso prenašalke bolezni za človeka, saj imajo te vrste med seboj zelo različne okoljske zahteve za razvoj,” pojasnjuje.

Genetski pristopi smiselni tudi zaradi odpornosti komarjev proti insekticidom

Genetski pristopi so po Kranjčevih besedah najbolj smiselni za komarje, ki prenašajo človeške bolezni, kot so malarija, zika in rumena mrzlica, saj se te vrste komarjev vedno težje obvladuje zgolj z insekticidi.

K temu je pripomogla tudi globalna kampanja za izkoreninjenje malarije pod vodstvom Svetovne zdravstvene organizacije (WHO) v sredini prejšnjega stoletja. Takrat so namreč samo z uporabo insekticidov izkoreninili malarijo iz 37 od 143 držav, v katerih je bila takrat širše prisotna.

“Neselektivna uporaba insekticidov je seveda prinesla tudi negativne posledice na okolje in pripeljala do odpornosti v komarjih. Skratka, pri takšnih (in drugačnih) intervencijah je ključna načrtovana, premišljena, odgovorna in varna uporaba katerekoli tehnologije,” opozarja Kranjc.

Profimedia

Delavci na ulicah mesta New Delhi v Indiji se proti komarjem borijo s fumigacijo oziroma uporabo insekticida v obliki plina.

Gene drive še daleč od uporabe v naravi, potrebna bo kombinacija pristopov

Kljub obetavnim rezultatom metode gene drive pa so trenutne raziskave še vedno v zgodnjih fazah in še daleč od dejanske uporabe v naravi, pravi Kranjc. Glede na trenutno hitrost raziskav bi lahko prve teste v naravi dobili v petih letih ali celo kasneje, ocenjuje.

“To pa nam raziskovalcem, kakor tudi odločevalcem in vsem zainteresiranim stranem, še posebej tistim iz držav, kjer bi bili lahko komarji gene drive uporabljeni, daje čas za pomembna vprašanja glede regulacije, ocene tveganja, vprašanja etičnosti in pripravo na dejansko uporabo.”

Na podlagi dosedanjih rezultatov pa bo po njegovem mnenju za uspešno izkoreninjenje malarije nedvomno potrebna kombinacija različnih, genetskih in negenetskih pristopov ter cepiv, ki bodo sinergistično prispevala, vsak svoj del, h končnemu izkoreninjenju.