بناء عالم أفضل البعوض : تحديد الجينات تمكين الملاريا وحمى الضنك حمى المقاومة في الغامبية ألف وألف البعوض بعوض

أنا جورج ديموبولوس، أستاذ مساعد في قسم الميكروبيولوجيا الجزيئية وعلم المناعة بمدرسة جونز هوبكنز للصحة العامة في معهد أبحاث الملاريا. تعمل مجموعتي البحثية على دراسة البعوض في غامبيا الذي ينقل الملاريا، ونحن ندرس البيولوجيا الجزيئية للبعوض مع اهتمام خاص بجهاز المناعة الفطري للبعوض المسؤول عن القضاء على طفيليات الملاريا.

نريد أن نفهم كيف يعمل هذا الجهاز المناعي وأي الجينات والجزيئات مهمة للقضاء على الطفيل. ونعتقد أنه من خلال فهم بيولوجيا هذا الجهاز، سنتمكن من استخدام هذه المعرفة لتطوير استراتيجيات لمكافحة الملاريا في المستقبل. وتعد الملاريا واحدة من أخطر الأمراض في العالم.

لقد رافق الملاريا البشرية منذ الأزل، ومن المؤسف أننا لا نزال نعاني منها. تسبب الملاريا إصابة 400 million شخص سنوياً وتؤدي إلى وفاة 2 million شخص، معظمهم في منطقة أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى، ولكننا نجدها أيضاً في دول نامية أخرى في أمريكا الجنوبية وآسيا. وتنتج الملاريا عن طفيلي أوالي من جنس *Plasmodium*، وهناك أربعة أنواع من *Plasmodium* يمكن أن تسبب الملاريا البشرية.

وأهم هذه الأنواع هو *Plasmodium falciparum*. وينتقل *Plasmodium falciparum* في الغالب عن طريق البعوض الذي ينتمي إلى جنس Anopheles، وتعد البعوضات الناقلة الأكثر أهمية لانتقال الملاريا في منطقة أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى تابعة لمجموعة أنواع *Anopheles gambiae*، وتتوزع بشكل رئيسي في المنطقة الواقعة جنوب الصحراء في أفريقيا. أما فيروس dengue فهو فيروس من فصيلة Flaviviridae، وينتقل في الغالب عن طريق بعوض *Aedes aegypti*.

تتشابه توزيعاته الجغرافية إلى حد كبير مع الملاريا؛ حيث يوجد في الأمريكتين وجنوب شرق آسيا وأفريقيا. ويسبب فيروس Dengue الحمى النزفية.

هناك حوالي 2.5 مليار شخص معرضون لخطر الإصابة بفيروس حمى الضنك، ويتسبب الفيروس في حدوث الحمى النزفية لدى الملايين من الأشخاص سنويًا. وقد برزت حمى الضنك النزفية كواحدة من أخطر الأمراض المنقولة بالنواقل خلال السنوات العشر الماضية. وبذلك، فإن طفيل الملاريا يمتلك دورة حياة معقدة تتنقل بين البعوض الناقل والمضيف البشري.

وتقوم مجموعتي البحثية بدراسة بيولوجيا انتقال الملاريا في البعوض. فعندما يتغذى البعوض على وجبة دم مصابة، فإنه يبتلع أيضاً طفيليات Plasmodium falciparum. وتتخصب الأمشاج (gametocytes) الخاصة بالطفيلي في المعي المتوسط، وتنتج ookinete في غضون 18 إلى 35 ساعة بعد ابتلاع الدم.

ستغزو هذه الأووكينيت (Ookinete) الظهارة المعوية للبعوضة هنا. ويتم القضاء على معظم الأووكينيت بواسطة الجهاز المناعي للبعوضة في هذه المرحلة، وهذا هو محور تركيز دراساتنا، وهذه أيضاً صورة بالمجهر البؤري للأووكينيت؛ حيث أن الأووكينيت التي تنجح في اختراق المعي المتوسط ستشكل كيساً على الجانب القاعدي هنا، وداخل هذا الكيس، ستتطور آلاف الطفيليات في مرحلة السبوروزويت (Sporozoite)، ثم تهاجر هذه المراحل من السبوروزويت بعد حوالي 15 يوماً من تناول البعوضة لوجبة الدم، حيث تنتقل إلى الغدد اللعابية، ومن الغدد اللعابية، يمكن انتقال السبوروزويت إلى مضيف جديد. كما يساهم الجهاز المناعي للبعوضة في قتل السبوروزويت في هذه المرحلة عند تحررها في السائل الدموي (Hemocoel) للبعوضة.

تم تسلسل جينوم البعوض مؤخراً في عام 2002، وقد أتاح لنا ذلك تطوير أدوات جديدة في البيولوجيا الجزيئية وعلم الجينوم لدراسة التعبير الجيني لجميع جينات البعوض، والتي تبلغ حوالي 14,000 جين، تحت ظروف عدوى مختلفة باستخدام ما يسمى بالمصفوفات الدقيقة (microarrays). تحتوي هذه المصفوفة الدقيقة هنا، والتي طورناها قبل بضع سنوات، على النسخ الكامل للترانسكريبتوم الخاص بالبعوض، أي جميع جينات البعوض التي كانت معروفة في ذلك الوقت، بالإضافة إلى جينات طفيل plasmodium. وبذلك، يمكننا فحص نشاط الجينات في كل من البعوض والطفيل في آن واحد أثناء العدوى.

بمجرد تحديد الجينات التي يتم تنشيطها عندما يصاب البعوض بطفيليات البلازموديوم (plasmodium)، نحتاج إلى اختبار ما إذا كانت هذه الجينات تشارك في قتل الطفيلي، ونقوم بذلك من خلال طريقة تسمى إسكات الجينات عن طريق تداخل RNA. نقوم أساساً بحقن RNA للجينات التي نريد استهدافها، وسيعمل هذا الـ RNA مزدوج السلسلة على تحلل mRNAs للجينات المستهدفة في البعوض، وبذلك لن تنتج هذه الجينات بروتيناً. بعد ذلك، نقوم بإصابة البعوض بالطفيلي.

الآن، إذا قمنا بإسكات أو تعطيل جين معين في البعوضة، ووجدنا بعد هذا الإسكات أن الطفيلي يمكنه إحداث عدوى أعلى من المعتاد مقارنة بالبعوض غير المعالج، فإن ذلك يشير إلى أن هذا الجين يُستخدم بطريقة ما في قتل طفيليات الملاريا. وهذه هي الطريقة الرئيسية التي نستخدمها لاختبار ما إذا كانت الجينات تشارك في قتل الطفيليات في البعوض.

يتم القضاء على معظم طفيليات البلازموديوم (plasmodium) داخل البعوضة، ولدينا أدلة قوية تشير إلى أن الجهاز المناعي الفطري للبعوض هو المسؤول الرئيسي عن عملية القتل هذه. وقد حدد مختبرنا والمختبرات المتعاونة معنا مجموعة متنوعة من الجينات المشاركة في عملية القضاء على الطفيليات. كما توجد سلالات من البعوض تم اختيارها وراثياً لا تنقل الملاريا لأنها تقضي على جميع الطفيليات في المعي المتوسط من خلال آليات الدفاع المناعي الفطري.

يبدو أن البعوض يمتلك مجموعة متنوعة من المكونات والآليات لاستهداف الطفيليات، ويكمن التحدي الأكبر اليوم في فهم كيفية عمل هذه الوظائف وكيفية التلاعب بها لتطوير بعوض مقاوم. يستخدم بعوض GTI آليات مختلفة للسيطرة على عدوى فيروس dengue مقارنة بما يستخدمه بعوض awful Gambia للسيطرة على عدوى odium. وبما أن بعوض aegypti من حقيقيات النوى، فإنه يمتلك آلية دفاع تعتمد على RNA تُسمى تداخل RNA.

إنها في الأساس آلية دفاعية قادرة على استهداف الحمض الريبوزي RNA للفيروس وتفكيكه، وبهذه الطريقة تحمي نفسها من العدوى الفيروسية. نحن نحاول فهم آلية الدفاع هذه، وكيف يمكننا التحكم فيها من أجل إنتاج بعوض مقاوم للفيروس. خلال السنوات العشر الماضية، شهدت البيولوجيا الجزيئية بعض التطورات المذهلة حقاً، وبشكل رئيسي تطورات منهجية سرعت من وتيرة أبحاثنا بشكل كبير.

يتمثل أحد التطورات الرئيسية في تقنيات التسلسل التي سمحت بإجراء تسلسل عالي الإنتاجية لجينومات كاملة. وبفضل هذه التقنيات، أصبح لدينا الآن تسلسل كامل لجينومات بعوضة Anopheles gambiae و Anopheles arabiensis. وهذا يتيح لنا تحديد الجينات المشاركة في السيطرة على العدوى بسهولة أكبر بكثير مما كانت عليه في السابق.

ومن التطورات الهامة الأخرى في مجال الجينوميات الوظيفية تحليل التعبير الجيني عالي الإنتاجية باستخدام المصفوفات الدقيقة (microarray). والمصفوفات الدقيقة عبارة عن شرائح زجاجية صغيرة تم تثبيت آلاف قطع DNA عليها، ويمكننا استخدام ما يسمى بشرائح DNA هذه لمراقبة التعبير الجيني لعدد كبير جداً من الجينات. وهناك تطور هام آخر في هذا المجال وهو منهجية إسكات الجينات عن طريق تداخل RNA، والتي تسمح لنا باستهداف جينات معينة وتعطيلها في البعوضة، وبالتالي استخدام ما يسمى بنهج الوراثة العكسية لدراسة وظيفة الجينات وكيفية مساهمة الجينات محل الاهتمام في قتل الطفيلي.

إن البعوض الذي أجرينا ومعاونونا معظم هذه الدراسات عليه ينحدر من مستعمرات بعوض تم الحفاظ عليها في ظروف مخبرية لمدة تصل إلى 30 عاماً حتى الآن. ومن الواضح أن هذا البعوض قد تمايز بشكل كبير عن البعوض الذي نجده في الطبيعة؛ حيث يتعرض البعوض في الطبيعة لضغط انتخابي مستمر من الميكروبات المختلفة والمعايير الأخرى التي تتباين كثيراً في الميدان مقارنة بالظروف المستقرة تماماً التي نوفرها في المختبر.

لذا يمكن القول إن دراساتنا ستكون على الأرجح أكثر غزارة في المعلومات إذا أُجريت مباشرة على البعوض الذي يتم جمعه من الميدان. ولكن لسوء الحظ، فإن القيام بذلك ليس بالأمر السهل. فكما ذكرنا، نحن لا نملك البنية التحتية اللازمة في الميدان، كما أن عملية جمع البعوض من البيئة الطبيعية وتطوير مستعمرات منه تعد عملية معقدة للغاية.

وبناءً على ذلك، فإن أفضل النماذج البيولوجية المتاحة لدينا اليوم هي النماذج المختبرية، ولكن سيتعين علينا بالطبع النزول إلى الميدان في مرحلة ما للتحقق والتأكيد من النتائج الرئيسية التي تخلص إليها اكتشافاتنا باستخدام البعوض المختبري. نحن نعلم أن أنظمة الدفاع لدى البعوض تساهم في القضاء على المسببات المرضية البشرية التي تنقلها هذه الحشرات. والآن، إذا تمكنا من فهم كيفية حدوث عملية القتل هذه، وأي الجينات والآليات المتداخلة في ذلك، فقد نتمكن من معالجتها واستخدام هذا التلاعب لتطوير بعوض معدل وراثياً يكون غير قادر على نقل المسبب المرضي.

بمجرد تطوير هذه البعوضات المعدلة وراثياً، يمكننا البدء في التفكير في كيفية إدخالها فعلياً في الميدان وجعلها نوعاً سائدًا مقابل البعوض القابل للإصابة. وتتمثل إحدى الاستراتيجيات التي نوقشت على نطاق واسع لتحقيق ذلك بشكل أساسي في نشر الجينات المقاومة في المجموعات الطبيعية، وهي جينات تجعل البعوض مقاوماً لمسببات الأمراض، ويجب تحقيق ذلك من خلال ما يسمى بآليات الدفع الجيني. وتركز الكثير من الأبحاث اليوم على تطوير مثل هذه الآليات للدفع الجيني.

هناك بالطبع العديد من الاعتبارات الأخلاقية التي يجب مراعاتها عند إطلاق أي نوع من الكائنات المعدلة وراثياً في الطبيعة. ومن المهم تذكر أن التعديل الوراثي يحدث بشكل طبيعي طوال الوقت في البيئة الميدانية. ولا يوجد سوى القليل من الأسباب للاعتقاد بأننا سننتهي ببعوض يكون أكثر كفاءة في نقل مسبب مرض أو يمتلك أي خاصية أخرى غير مرغوب فيها نتيجة لهذه الطفرات الثلاث.

إن أسوأ ما يمكن أن يحدث هو أن يطور الممرض مقاومة ضد هذا البعوض المعدل وراثياً في مرحلة ما، وبالطبع سيتعين علينا إجراء الكثير من الاختبارات الميدانية والمخبرية قبل أن نفكر في إطلاق بعوض معدل وراثياً في الميدان. كما سيتعين علينا أيضاً توعية الناس بهذه الاستراتيجيات المنضبطة والتأكد من شعور الجميع بالارتياح والموافقة على هذا النوع من الاستراتيجيات. لا تزال هناك العديد من العقبات التي تواجهنا لتحقيق استراتيجية لمكافحة الأمراض تعتمد على حجب الممرض في الناقل من البعوض.

تتعلق بعض هذه العقبات بقضايا تقنية، وهي مشكلات تجريبية نحتاج إلى حلها. ومن بين هذه العقبات، على سبيل المثال، تطوير آليات الدفع الجيني، وهي آليات من شأنها أن تسمح بانتشار هذه الجينات المقاومة في العشائر بكفاءة. لقد شهد المجال العلمي لبيولوجيا ناقلات الأمراض تقدماً هائلاً في السنوات العشر إلى الخمس عشرة الماضية، ويرجع ذلك أساساً إلى الإدراك بأن فهم بيولوجيا التفاعل بين الحشرات ومسببات الأمراض يمكن أن يساعدنا فعلياً في تطوير استراتيجيات المكافحة.

وقد أدى هذا الاعتراف إلى زيادة التمويل الموجه نحو الأبحاث في هذا المجال. ومن الأهمية بمكان استمرار هذا التمويل ومواصلة الالتزام به لضمان الحفاظ على الزخم الذي حققناه وإكمال مهمتنا من خلال فهم بيولوجيا التفاعل بين الناقل والممرض، وكيفية توظيف هذه البيولوجيا لتطوير استراتيجيات لمكافحة الأمراض.