La construcción de un mosquito mejor: La identificación de los genes que permiten resistencia a la malaria y el dengue en A. gambiae y A. aegypti

Soy George Dimopoulos. Soy profesor asistente en el Departamento de Microbiología Molecular e Inmunología de la Escuela de Salud Pública Johns Hopkins en el Instituto de Investigación de la Malaria. Mi grupo de investigación está trabajando en el mosquito y Gambia que transmiten la malaria, y estamos estudiando la biología molecular del mosquito con un interés particular en el sistema inmunológico innato del mosquito que está involucrado en la muerte de los parásitos de la malaria.

Queremos entender cómo funciona este sistema inmunitario y qué genes y moléculas son importantes para matar al parásito. Creemos que al comprender la biología de este sistema, podríamos utilizar el conocimiento para desarrollar estrategias de control de la malaria en el futuro. La malaria es una de las enfermedades más graves del mundo.

Ha estado con la humanidad desde siempre, realmente, y es una pena que todavía lo tengamos. El paludismo infecta a 400 millones de personas cada año y mata a 2 millones de personas, principalmente en la región del África subsahariana, pero también la encontramos en otros países en desarrollo de América del Sur y Asia. Por lo tanto, la malaria es causada por un parásito protozoario del género odium, y hay cuatro especies de odio que pueden causar malaria humana.

El más importante de ellos es el plasmodium falciparum. Plasmodium falciparum es transmitido principalmente por mosquitos pertenecientes al género anos, y los mosquitos vectores más importantes para la transmisión de la malaria en el África subsahariana pertenecen al Complejo de Especies de Ous Gambia, y se distribuyen principalmente en la región subsahariana de África. El virus del dengue es un virus de la ola y es transmitido principalmente por el mosquito Iida gti.

Su distribución geográfica es bastante similar a la malaria. Lo encontramos en las Américas, en el sudeste asiático y en África. El virus del dengue causa fiebre hemorrágica.

Hay alrededor de 2.500 millones de personas en riesgo de contraer el virus del dengue, y el virus causa fiebre hemorrágica en millones de personas. Anual. El dengue hemorrágico se ha convertido en una de las enfermedades transmitidas por vectores más graves en los últimos 10 años. Por lo tanto, el parásito de la malaria tiene un ciclo de vida complejo tanto en el mosquito vector que se transmite entre el huésped humano como en el huésped humano.

Y mi grupo de investigación está estudiando la biología de la transmisión de la malaria en el mosquito. Ahora, cuando un mosquito ingiere una comida de sangre infectada, también ingiere los parásitos plasmodium falciparum. Los gametocitos del parásito se fertilizarán en el intestino medio y producirán una loseta de MT o kin, en la ronda de 18 a 35 horas después de la ingestión de la sangre.

Estas necesidades de Orkin invadirán el epitelio intestinal de los mosquitos aquí. La mayoría de las necesidades de Orkin son asesinadas por el sistema inmunológico de los mosquitos En esta etapa, y aquí es donde estamos enfocando nuestros estudios, y esta también es una imagen de microscopía confocal de la o kinina, la o kinina que logra atravesar el intestino medio formará un quiste en el lado basal aquí, y dentro de este quiste, Se desarrollarán miles de parásitos en etapa de esporozoíto y estas etapas amplias migrarán alrededor de 15 días después de que el mosquito haya tomado la comida de sangre, migrarán a las glándulas sali y desde las glándulas sali, los esporozoítos pueden transmitirse a un nuevo huésped. El sistema inmunológico del mosquito también está involucrado en la muerte de los esporozoítos en esta etapa cuando se liberan en el hemo sello de los mosquitos.

El genoma de los mosquitos fue secuenciado recientemente en 2002, y esto nos ha permitido desarrollar nuevas herramientas de biología molecular y genómica para estudiar la expresión génica de todos los mosquitos, aproximadamente 14.000 genes en diferentes condiciones de infección en los llamados microarrays. Este microarray de aquí, que desarrollamos hace un par de años, contiene el transcriptoma completo de los mosquitos, todos los genes de mosquitos que se conocían en ese momento, así como los genes del parásito plasmodium. Por lo tanto, podemos analizar la actividad de los genes tanto en el mosquito como en el parásito simultáneamente durante la infección.

Una vez que identificamos los genes que se activan, cuando el mosquito está infectado con parásitos plasmodium, necesitamos probar si estos genes están involucrados en la muerte del parásito, y lo hacemos a través de un método llamado silenciamiento de genes de interferencia de ARN. Básicamente, inyectamos ARN para los genes a los que queremos dirigirnos, y este ARN bicatenario degradará los ARNm de los genes del mosquito al que nos dirigimos y, por lo tanto, estos genes no producirán proteínas. Luego infectaremos al mosquito con un parásito.

Ahora bien, si hemos silenciado o inactivado un determinado gen en el mosquito, y tras este silenciamiento, el parásito puede establecer una infección mayor de lo normal en los mosquitos no tratados. Eso sugeriría que este gen se utiliza de alguna manera para matar los parásitos de la malaria. Y este es realmente el método principal que estamos utilizando para probar si los genes están involucrados en la muerte de parásitos en el mosquito.

La mayoría de los parásitos plasmodium mueren en el mosquito, y tenemos pruebas sólidas de que los mosquitos en el sistema inmunológico innato son los principales responsables de esta muerte. Nuestro laboratorio y los laboratorios de nuestros colaboradores han identificado una variedad de genes que están involucrados en esto. También existen cepas de mosquitos genéticamente seleccionadas que no transmiten la malaria porque matan a todos los parásitos del intestino medio a través de mecanismos de defensa inmunitaria innatos.

Parece que el mosquito tiene una variedad de componentes y mecanismos diferentes para atacar al parásito, y el mayor desafío hoy en día es comprender cómo funcionan estos y cómo podemos manipularlos para desarrollar mosquitos resistentes. El mosquito GTI está utilizando mecanismos diferentes para controlar la infección por el virus del dengue que lo que una horrible Gambia está utilizando la infección controlada por odio. El mosquito aegypti, como todos los eucariotas, tiene un mecanismo de defensa dependiente del ARN que se denomina ARN de interferencia.

Es básicamente un mecanismo de defensa que es capaz de dirigirse al ARN del virus degradado, y de esta manera se protege contra la infección viral. Estamos tratando de entender este mecanismo de defensa, cómo podemos manipularlo para generar mosquitos que sean resistentes al virus. En los últimos 10 años, la biología molecular ha experimentado algunos avances realmente dramáticos, principalmente avances metodológicos que han acelerado enormemente nuestra investigación.

Uno de los principales avances son las tecnologías de secuenciación que han permitido la secuenciación de alto rendimiento de genomas completos. Gracias a estas tecnologías, ahora tenemos los genomas de Gambia y A, este mosquito gip, completamente secuenciados. Esto nos permite identificar los genes que están implicados en el control de las infecciones mucho más fácilmente que antes.

Otros avances muy importantes en el campo de la genómica funcional es el análisis de la expresión génica de alto rendimiento mediante el microarray. Los microarrays son pequeños portaobjetos de vidrio en los que se han inmovilizado miles de fragmentos de ADN, y podemos usar estos llamados chips de ADN para monitorear la expresión génica de un gran número de genes. Otro avance muy importante en este campo es la metodología de silenciamiento de genes de interferencia de ARN, que nos permite dirigirnos a genes e inactivarlos en el mosquito, y con ello utilizar un enfoque llamado genético inverso para estudiar la función de los genes y cómo nuestros genes de interés son importantes para matar al parásito.

Los mosquitos en los que nosotros y nuestros colaboradores hemos realizado la mayoría de estos estudios provienen de colonos de mosquitos que se han mantenido en condiciones de laboratorio durante 30 años. Ahora. Estos mosquitos obviamente se han diferenciado bastante de los mosquitos que encontramos en la naturaleza. Los mosquitos en la naturaleza están bajo una presión selectiva continua de los diferentes microbios y otros parámetros que varían mucho en el campo en comparación con las condiciones bastante estables que tenemos en el laboratorio.

Por lo tanto, se podría argumentar que nuestros estudios probablemente serían mucho más informativos si se realizaran directamente sobre los mosquitos de campo. Desafortunadamente, sin embargo, eso no es tan fácil de hacer. Como se dijo, no tenemos la infraestructura en el campo y también es muy complicado recolectar mosquitos del campo y desarrollar colonias a partir de esos mosquitos.

Por lo tanto, los mejores modelos biológicos que tenemos hoy en día son los modelos de laboratorio, pero, por supuesto, tendremos que ir al campo en algún momento y verificar y confirmar los principales hallazgos que surjan de nuestros descubrimientos con nuestros mosquitos de laboratorio. Sabemos que los sistemas de defensa de los mosquitos están involucrados en la eliminación de los patógenos humanos que transmiten estos insectos. Ahora, si podemos entender cómo se produce esta matanza, qué genes están involucrados y qué mecanismos están involucrados, podríamos manipularlos y usar esa manipulación para desarrollar mosquitos modificados genéticamente que no pueden transmitir el patógeno.

Una vez que hayamos desarrollado estos mosquitos modificados genéticamente, podemos empezar a pensar en cómo podemos introducirlos realmente en el campo y convertirlos en una especie dominante contra los mosquitos susceptibles. Una estrategia que se ha discutido ampliamente para lograrlo es básicamente propagar genes resistentes en poblaciones naturales, genes que harían que los mosquitos fueran resistentes a los patógenos, y eso tiene que lograrse a través de los llamados mecanismos de impulso genético. Y gran parte de la investigación se centra hoy en día en el desarrollo de tales mecanismos de impulso genético.

Hay, por supuesto, muchas consideraciones éticas que uno tiene que hacer para la liberación de cualquier tipo de organismo genéticamente modificado en la naturaleza. Es importante recordar que la modificación genética ocurre naturalmente todo el tiempo en el campo. Las tres mutaciones que hay son pocas, hay pocas razones para creer que terminaríamos con un mosquito que sería mejor en la transmisión de un patógeno o que tendría alguna otra característica no deseable.

Lo peor que podría suceder es que el patógeno desarrollara resistencia a este mosquito transgénico en algún momento y, por supuesto, tendríamos que hacer muchas pruebas de campo y muchas pruebas de laboratorio antes de pensar en liberar un mosquito modificado genéticamente en el campo. También tendríamos que educar a la gente sobre estas estrategias controladas y asegurarnos de que todos se sientan cómodos y estén de acuerdo con este tipo de estrategia. Todavía hay muchos obstáculos para que logremos una estrategia de control de enfermedades basada en el bloqueo del patógeno en el mosquito vector.

Algunos de estos obstáculos se relacionan con cuestiones técnicas, cuestiones experimentales que tenemos que resolver. Un obstáculo es, por ejemplo, el desarrollo de mecanismos de impulso genético, mecanismo que permitiría de manera eficiente que estos genes resistentes se propaguen en las poblaciones. El campo científico de la biología de los vectores de enfermedades ha experimentado un progreso traumático en los últimos 10 a 15 años, principalmente debido al reconocimiento de que la comprensión de la biología de la interacción entre insectos y patógenos podría ayudarnos a desarrollar estrategias de control.

Y este reconocimiento llevó a un aumento de la financiación hacia la investigación en este campo. Es extremadamente importante que este financiamiento continúe y el compromiso continúe para que podamos mantener el impulso que hemos logrado y completar nuestra misión al comprender la biología de la interacción entre patógenos vectores y cómo podemos usar esta biología para desarrollar estrategias para controlar enfermedades.