למנוע את התפשטות המלריה וקדחת דנגי באמצעות יתושים מהונדסים גנטית

שמי אנתוני ג'יימס. אני מחזיק במינוי משותף במחלקות למיקרוביולוגיה וביולוגיה מולקולרית, וביולוגיה מולקולרית וביוכימיה כאן באוניברסיטת קליפורניה ארווין. המעבדה שלי פועלת כדי למצוא תשובות לשאלה הפשוטה האם לגנטיקה יש תרומה לשליטה במחלות המועברות על ידי וקטורים.

במקרה הספציפי שלנו, אנו מתעניינים במחלות המועברות על ידי יתושים, מלריה וקדחת הדנגי. מלריה היא המחלה המועברת על ידי וקטורים הגורמת למספר התמותה הגבוה ביותר בבני אדם, עם תמותה של אדם אחד בערך כל 20 עד 30 שניות, בממוצע שנתי. נגיף הדנגי אינו משמעותי באותה מידה מבחינת תמותה בבני אדם, אך הוא מהווה בעיה בריאותית ציבורית מרכזית המשפיעה על כמעט מחצית מאוכלוסיית העולם, עם כ-50,000 עד 100,000 מקרים בשנה.

ובאזורים הטרופיים, הגישות הנוכחיות לבקרת מחלות המועברות על ידי וקטורים, ובמיוחד מלריה ווירוסי הדנגי, מתמקדות בבקרה של הווקטור באמצעות שימוש בחומרי הדברה או הפחתת שטחי מחיה של הזחלים והhabitats הרבייתיים. במקרה של מלריה, נעשה שימוש בתרופות טיפוליות ומנעות ובאמצעי בקרה המונעים מאנשים להיחשף ליתושים. זה כולל שימוש ברשתות למיטות ואמצעי הגנה אישיים אחרים המונעים מהיתושים להגיע לאנשים.

לפיכך, שאלנו את השאלה, כפי שציינתי, האם לגנטיקה יש מה להציע, וישנם שני תחומים שבהם שקלנו שימוש בגנטיקה. האחד הוא פיתוח טכניקות גנטיות להפחתת אוכלוסיות של יתושים. גישה זו מכונה הפחתת אוכלוסייה.

והתחום השני הוא החלפת אוכלוסייה. כאן הרעיון הוא לקחת גנים שיעניקו עמידות לפתוגנים ספציפיים ולהחדיר אותם לאוכלוסיות בתדירויות גבוהות. אנו מכנים זאת החלפת אוכלוסייה.

היו שתי תצפיות מעניינות שהובילו אותנו לחשוב שלגנטיקה יש תפקיד בבקרה על מחלות המועברות על ידי וקטורים. הראשונה היא שאם בוחנים את כל החרקים או הפרוקי-רגליים, כולל קרציים הניזונים מדם, מגלים שלא כל פרוקי-רגל הניזונים מדם מעבירים כל מחלה. מכאן עולה כי קיימות הגבלות מסוימות של הפתוגנים הללו לגבי המארח, והדבר התברר כנכון.

וכשחושבים על מגבלות המאכסן, מתחילים לחשוב על גנטיקה. התצפית השנייה הייתה שאם בוחנים אוכלוסייה של חרקים שמעבירים את הנגיף באמצעות טכניקות פשוטות מאוד, ניתן לבחור מתוך קבוצת חרקים זו אוכלוסייה הרגישה מאוד ואוכלוסייה עמידה מאוד. לאחר ביצוע שלב זה, ניתן לבצע הכלאות גנטיות פשוטות ולענות על שאלות בנוגע למספר הגנים המעורבים, והאם קיימים יחסי דומיננטיות או רצסיביות פשוטים.

מתצפיות אלו קיבלנו אינדיקציה ברורה מאוד לכך שגנטיקה היא בעלת חשיבות עבור מין יתוש מסוים כדי לתמוך בפיתוח של פתוגן ספציפי. הרעיון היה, שמא נוכל לשלב בדרך כלשהי את הגנים המקנים עמידות כך שיתפשטו בכל האוכלוסיות. היתרונות בכך יהיו התמקדות ספציפית בפתוגן המדובר והימנעות משימוש באמצעים כגון קוטלי חרקים, שלהם השפעה רבה על אורגניזמים שאינםו יעד, או ניהול סביבתי להפחתת אתרי רבייה, שעלול להשפיע באופן עמוק על הסביבה.

ובניגוד לשימוש בחומרי הדברה ובתרופות מניעה, איננו מצפים שיתפתח מצב שבו ייתכן שיתפתח אצל פשיטות אלו, או אצל הטפילים הגדלים בהן, סוג כלשהו של עמידות כלפיהן. לכן, הרעיון הוא לפתח אסטרטגיה שבה נקבל יתוש העמיד לחלוטין למחלה, מבלי לדאוג להשפעות על מינים שאינם מטרה. כאשר בחנו עמידות טבעית חוזרת, הגישה המפתה הייתה לבדוק אם נוכל להשיג חלק מהגנים הטבעיים הללו ולהגביר את שכיחותם באוכלוסיות, ובכך להגיע לאוכלוסייה העמידה למחלה.

אך התברר, לפחות בימים הראשונים, שהשגת הגנים הללו באופן פיזי הייתה קשה מאוד. לכן, הקבוצה שלנו ומספר קבוצות אחרות נקטו בגישה סינתטית לחלוטין, שבה הרעיון היה לבנות למעשה גן שיכול להקנות עמידות. ובנסיבות אלו, חילקנו את הגן לשני רכיבים פשוטים: חלק בקרה שיקבע מתי, היכן ובאיזו כמות לייצר חומר מסוים.

ואז ישנו חלק של אפקטור זיהום, שהוא המוצר בפועל שיוצר על ידי אותו גן שיכול להעניק עמידות. לכן, בניתוח שלנו לגבי האופן שבו נבנה את הגנים הללו, החלטנו שיהיה חשוב ונבון אם חלקי הבקרה ימקמו בפועל את מולקולת האפקטור באותו חלק של היתוש שבו נמצאים הטפילים. לפיכך, חיפשנו גנים המווסתים התפתחותית אשר יאפשרו לנו למקם רכיב במקום הנכון.

ואותו דבר, שוב, הוא המולקולה האפקטורית, וזהו החלק הממשי של המולקולה המיוצרת על ידי הגן, המפריעה ישירות או לטפילים של המלריה או לנגיפים. עבור העבודה על המלריה, פיתחנו את מה שנקרא נוגדנים בשרשרת אחת (single chain antibodies) המפריעים להיקשרות לטפילים ומפריעים ליכולתם לפלוש לרקמות היתוש. ועבור נגיפי הדנגי, פיתחנו את מה שנקרא אסטרטגיית RNAi, המשתמשת בתכונות התאיות של היתוש כדי לפרק את הנגיפים בעת שהם מנסים להתרבות בתוך היתוש.

כאשר שקלנו לראשונה ליצור את הגנים הסינתטיים הללו, פירקנו את הבעיה לחלקים המרכיבים אותה. החלק הראשון היה להדגים במעבדה שניתן להפוך יתוש שבאופן רגיל יעביר פתוגן ליתוש שלא יוכל לעשות זאת. וכדי להשיג זאת, כפי שרמזתי קודם לכן, היינו זקוקים לרצפי בקרה שיבטא את מולקולת האפקטור, היינו צריכים להיות מסוגלים לייצר מולקולת אפקטור, ולאחר מכן היינו זקוקים לטכנולוגיה, טכנולוגיית טרנסגנזה, שתאפשר לנו להחדיר את הגן המלאכותי הזה ליתוש.

לכן, במהלך העשור האחרון בערך, זהו הנושא עליו עבדנו ובו אני ועמיתיי מעוניינים מאוד, והשגנו מספר התקדמויות משמעותיות בתחום זה. עם זאת, לאחר שפיתחנו את הפיתוחיים הללו במעבדה, נזקקנו למנגנון שיאפשר להעביר את הגן מהמעבדה אל השטח. היינו זקוקים לתהליך שיאפשר לגן זה להעלות את שכיחותו באוכלוסייה ברמה שתעלה מעבר לסוגי העליות הנצפים בברירה טבעית.

סוגים אלו של מנגנונים נקראים מערכות הנעה גנטית (gene drive systems), ותפקידם הוא לבצע ברירה של חרקים הנושאים את הגן המבוקש. למערכות אלו מספר מאפיינים, אך שני המאפיינים העיקריים הם שהן מעורבות בתהליך המתרחש כתוצאה מהזיווג, והן מעלות את תדירות הגן בקצב גבוה בהרבה מזה הצפוי באמצעות ברירה טבעית עבור יתרון סלקטיבי כלשהו של אותו גן. לפיכך, כאשר חשבנו על פיתוח מערכות הנעה גנטית אלו, הבנו מיד כי מדובר בהחדרה של אורגניזמים שעברו שינוי גנטי לסביבה הפתוחה. ולא באופן מפתיע, עלו חששות וחרדות משמעותיים הקשורים לשחרור חומרים בהנדסה גנטית לטבע.

היה לנו חשוב לזהות אילו חששות משמעותיים עשויים להיות קשורים לשימוש באורגניזמים שעברו שינוי גנטי, ולאחר מכן לשלב אותם עם המדע שבידינו במאמץ לצמצם את הסוגיות הכרוכות בשימוש בהם. לכן, פיתחנו את מה שאנו מכנים קריטריוני תכנון, הלוקחים בחשבון, בנוסף לטבע הביולוגי של האורגניזמים שאנו מפתחים בקריטריונים של מעבדה, גם קריטריונים הקשורים לחששות סוציולוגיים, תרבותיים ואחרים שעשויים לעלות אצל אנשים. אלו הפכו להיות קריטריוני התכנון.

שלושה מהם, עליהם אדבר בקצרה כאן, חופפים באזורים אלו. ראשית, כל מערכת gene drive שנפתח חייבת לפעול במה שניתן לכנות לוח זמנים אנושי, ולא לוח זמנים אבולוציוני. כלומר, זוהי מערכת שחייבת להפיץ גן במהירות מספיקה כדי שנוכל למעשה לראות משהו קורה כתוצאה מכך.

ואנו חושבים על סדר גודל של, נניח, חמש עד 10 שנים. זהו רעיון שפותח לראשונה על ידי נורה פקי, שהכירה בכך ש, אתם יודעים, לאורך 10,000 שנים יכולנו להשיג משהו, אך מערכת כונן הגנים שאנו מדברים עליה הייתה חייבת לפעול בלוח זמנים אנושי הרבה יותר. החשש והקריטריון השני, וכנראה הגדול ביותר, שיש לנו הוא שכל מה שנפתח יעבוד אך ורק על האורגניזם המטרה; כלומר, שלא תהיה לו היכולת, או שהיא תבוטל, אם הוא אכן יצא אל מחוץ לחרק המטרה שלנו.

וזה חשוב מכיוון שמרבית החששות של אנשים הם שאתה יוצר משהו במעבדה והם חושבים שזה בסדר, אך שהוא יצא לטבע ובדרך כלשהי יתפשט למינים שאינם מיקוד היעד. לכן, אחד משיקולי התכנון המרכזיים שלנו הוא לבנות משהו שיפעל רק במין היעד ויהפוך לבלתי פעיל אם בדרך כלשהי יעבור אל מחוץ למין היעד. הדבר השלישי שמשמעותי למדי, כמובן, הוא שזה חייב לעבוד.

הפיכה למעשית משמעותה יותר מסתם המדע וההגבלה למינים מסוימים, למשל. היא חייבת להיות יעילה מבחינה כלכלית. היא צריכה להיות משהו שבאמת עובד במסגרת סבירה, כך שיהיה ניתן לבצעה בעלות נגישה.

אלו הם חלק מקריטריוני התכנון שבחנו. אלו אינם כולם, ואני מעריך שחלק מהקריטריונים ישתנו ככל שנתקדם בניסיוננו, אך אני מעריך ששלושת אלה יישארו ללא שינוי.

לפני שכל הרעיון והפרקטיקות הללו יוכלו להיות מיושמים, מספר דברים צריכים לקרות. אם נחזור לרעיון הזה, ראשית, זה חייב לעבוד. עלינו להיות מסוגלים להראות במעבדה שהחרקים שפיתחנו אכן עמידים לפתוגנים שאנו מתמקדים בהם.

לאחר מכן עלינו להיות מסוגלים להראות שמנגנון ה-gene drive פועל כפי שצפינו. לשם כך, אנו מתכננים לבצע ניסויי כלובים, ניסויי כלובים מבוקרים כך שלא תהיה שחרור לשטח שיוביל להחדרת הגן ליתושים מקומיים או יגזר מיתושים מקומיים באתר היעד, ואז לבחון האם לו יש את היכולת להתפשט. לכן, ביצוע שלב זה יהיה חשוב עבורנו.

עם זאת, אני חושב שחשוב להבין שלא מדען כמוני הוא זה שימליץ על יישום ניסוי שטח. דבר זה יהיה למעשה תוצאה של מודליסטים מתמטיים, אשר באמצעות הפרמטרים שהם מפתחים ואנו מספקים, יוכלו לתת למוסד לבריאות הציבור מושג ברור האם מה שפיתחנו אכן יעבוד באופן יעיל מבחינת עלות. לפיכך, ההמלצות יגיעו למעשה מאנשי מקצוע בתחום בריאות הציבור בעלי מומחיות במידול, והם אלו שיוכלו לקבוע האם הדבר אינו רלוונטי, או האם יש להתקדם ליישום.

איננו צופים כי לאנשי המעבדה, כדוגמתי, תהיה השפעה רבה מעבר לאספקת הנתונים הגולמיים למודליסטים כדי שיוכלו להשתמש בהם. כאשר התחלנו לבצע את העבודה הזו, חיפשנו – וכשאני אומר "אנחנו", אני מתכוון לעמיתיי ולי שעובדים כצוות בפרויקט זה – חיפשנו מבנים קיימים שיאפשרו לנו להעריך את מה שנצטרך לעשות במונחים של טיפול במצב האתי של שימוש באורגניזמים שעברו שינוי גנטי. בעוד שקיימים נתונים רבים למדי עבור שימושים חקלאיים ושימוש בצמחים וכו', הייתה ספרות פרסומה מועטה מאוד בנוגע לשימוש בחרקים שעברו שינוי גנטי.

כחלק מהפרויקט המרכזי שלנו, היינו נדרשים לכלול רכיב שעוסק בהיבטים האתיים, החברתיים והמשפטיים של השימוש ביתושים שעברו הנדסה גנטית. כתוצאה מכך, זו הייתה עקומת למידה מדהימה בכל הנוגע להבאת כל חברי הקבוצה לשלב שבו הם מעודכנים במה נדרש כדי להוציא זאת אל הפועל. הרשו לי לתת לכם מספר דוגמאות.

מרבית המדינות בעולם שבהן שכיחות מחלות עיקריות אלו אינן בעלות מבנים רגולטוריים שיכולים לגבש החלטות קריטיות בנוגע לשימוש באורגניזמים שעברו שינוי גנטי. לכן, הפך הדבר לחשוב ביותר עבורנו לזהות מדינות בעלות תשתית רגולטורית תקינה שנוכל להתייעץ איתן ולקיים איתן אינטראקציה. ההיסטוריה של מצב כזה היא שמדינות נאלצו להתמודד לעיתים קרובות עם הכנסת אורגניזם שעבר שינוי גנטי, שוב ברוב המקרים במוצר שמקורו חקלאי, כגון תירס, פפאיה או אורז שעברו שינוי גנטי.

ומדינה שחסרה את המבנה הרגולטורי להתמודדות עם העניין, תעביר במהירות חוק שימנע את הכנסתם של אורגניזמים מוכסכים גנטית בכלל. אם חושבים על כך במובן פוליטי, זהו מהלך חכם. כלומר, אם אינכם ערוכים להתמודד עם כך, סגרו את הדלת והעניקו לעצמכם הזדמנות לפתח את המבנה הדרוש כדי לנתח את הנושא ולהחליט האם קיימת כאן בעיה או לא.

וברגע שזה קורה, מדינות מקיימות את המבנה הרגולטורי המתאים, ואז הן משנות את החוקים ומתחילות לאפשר לאורגניזם המודגם גנטית, לפחות, לעבור סקירה ואולי בסופו של דבר להיות בשימוש. לכן, כשחשבנו על העבודה שלנו, לא יכולנו לבחור מדינה שבה נהיה האירוע המזרז עבורה לפיתוח התשתית הרגולטורית שלה. היינו חייבים למצוא מדינות שכבר עברו את התהליך הזה וכבר הייתה להן מערכת רגולטורית חסונה במקום.

הסיבה שרצינו לעשות זאת היא שלא היה לנו את הזמן בפועל כדי להיות, שוב, האירוע המזרז. עם זאת, רצינו להיות גם במדינה שבה קיימת מערכת בריאות ציבורית עם אינטגרציה אנכית טובה מאוד, כלומר שנוכל להתייחס לסוגיות הן ברמה המקומית והן במעלה ההיררכיה, דרך הרמה העירונית, המחוזית, המדינתית או המקבילה הפדרלית במבנה הרגולטורי. רצינו לוודא שההחלטות שהתקבלו, למשל להמשיך בביצוע, תוקפו בכל אחת מהרמות הללו.

זה לא היה דבר שהממשלה המרכזית או הממשלה הפדרלית עמדו לכפות על ממשלה מקומית. רצינו שזה יהיה משהו שכולם יסכימו לו. לכן, היינו חייבים להגיע למצב שבו קיימת מערכת בריאות ציבורית אנכית משולבת היטב.

ולאחר מכן אנו עוסקים בסוגיות, למשל, של המשמעות של קבלת הסכמת קהילה. כיצד מגדירים קהילה? אנו מגדירים את הקהילה בנקודה זו ככל האנשים אשר מושפעים, או עלולים להיות מושפעים באופן פוטנציאלי, במובן המיידי, מהעבודה שאנו עורכים.

אך נסיון זה אינו פשוט; בהגדרת נסיבות שבהן שואפים להסכמת הקהילה, מה המשמעות של קבלת הסכמה קהילתית בפועל? האם הצבעה שלילית אחת מספיקה כדי לעצור את התהליך? אלו, כידוע, הם דברים שחייבים להסדיר.

אלו הן חלק מהסוגיות האתיות שאיתן אנו מתמודדים. עם זאת, אחד המאמצים המרכזיים שלנו בעבודה זו הוא להבטיח שמההתחלה תהיה השתתפות מלאה של האנשים באתר השטח בדיונים שלנו, במאמצינו, וכדי להוציא זאת לפועל, למשל, הקמנו אתר אינטרנט שנגיש באמת לכולם ויש לנו השתתפות מלאה של המעבדות המשתפות הפוטנציאליות עם אנשים באתר השטח, כך שהם חלק מתהליך התכנון ומתהליך היישום.