Populatie Vervanging Strategieën voor Controlling Vector populaties en het gebruik van Wolbachia pipientis voor Genetische Drive

Mijn naam is Dr. Jason Rascon. Ik ben assistent-professor aan de Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health in de afdeling Moleculaire Microbiologie en Immunologie, en daarnaast verbonden aan het Johns Hopkins Malaria Research Institute. Mijn brede interesse ligt bij de relatie tussen de genetica van vectorpopulaties en de epidemiologie van door vectoren overgedragen pathogenen.

Malaria is vandaag de dag de belangrijkste door vectoren overdraagbare ziekte ter wereld. Het is een grote doodsoorzaak; volgens de statistieken sterven er jaarlijks tussen de 1 en 3 miljoen mensen aan deze ziekte.

De meeste hiervan zijn kinderen onder de vijf jaar in Afrika. Het is dus een enorm probleem. En dat is niet alleen in termen van mortaliteit, maar het is ook een enorme last in termen van morbiditeit, volksgezondheid en de economische druk op de getroffen gebieden; het is echt een probleem.

U weet, in Zuid-Amerika, Afrika en Azië is het een soort wereldwijd probleem dat opnieuw opkomt. Een gene drive-systeem is wat deze strategieën in theorie economisch haalbaar maakt. Het idee is dat u in essentie de populatie kunt beïnvloeden met een zeer gering aantal genetisch gemodificeerde insecten.

En het mechanisme, het gene drive-mechanisme, zal die eigenschap verspreiden door de populatie tot een hoge frequentie. De manier om dit te begrijpen is dat in een normale situatie, stel dat u een transgeen insect heeft gemaakt dat één kopie van het gen heeft, aangezien deze insecten normaal gesproken diploïd zijn. Ze hebben twee kopieën van elk chromosoom.

En als ze op basis van puur toeval paren met een wildtype, zou je verwachten dat 50% van hun nakomelingen dat kenmerk heeft. En vervolgens zou 50% van die nakomelingen het weer hebben. Zo zou het kenmerk in de loop van de tijd simpelweg worden verdund.

Een gene drive-mechanisme houdt in dat door middel van diverse verschillende mechanismen of strategieën meer dan 50% van de nakomelingen het kenmerk zal dragen. Hierdoor zal de frequentie ervan in de loop van de tijd toenemen, in plaats van te worden verdund of op dezelfde frequentie te blijven. Ten eerste hebben we een gene drive-systeem nodig.

Er bestaat momenteel geen levensvatbaar gene drive-systeem buiten het laboratorium. Er zijn er enkele die onder bepaalde omstandigheden in zeer gecontroleerde laboratoriumomgevingen kunnen werken, maar we hebben nog niets dat op een punt is waarop we dit daadwerkelijk kunnen implementeren in natuurlijke veldpopulaties. Er wordt momenteel gekeken naar een verscheidenheid aan verschillende gene drive-mechanismen.

Ze hebben allemaal voordelen, ze hebben allemaal nadelen, en daarom lijkt er geen enkele te zijn die inherent superieur is aan een andere. Zo is Akia Pipi een obligaat maternaal overgeërfde bacterie. Het is nauw verwant aan Rickettsia en wordt gedurende ten minste een ecologische tijdspanne uitsluitend overgedragen van moeder op nakomeling.

De moeder is dus geïnfecteerd, zij brengt geïnfecteerde nakomelingen ter wereld, en het mannetje is niet geïnfecteerd en akia door een verscheidenheid aan verschillende mechanismen in de natuur. Het is waarschijnlijk de meest wijdverspreide endosymbiotische bacterie op aarde. Er wordt geschat dat deze voorkomt in tot 75% van alle bekende insecten.

En het manipuleert de reproductie van de gastheer op zo'n manier dat de transmissie naar de volgende generatie wordt gemaximaliseerd. Aangezien mannetjes doodlopende gastheren zijn voor deze bacterie, onderneemt het maatregelen om het aantal geïnfecteerde vrouwtjes te maximaliseren. In bepaalde systemen zal het genetische mannetjes omzetten in functionele vrouwtjes, of vrouwtjes genetisch zodanig veranderen dat ze nooit meer hoeven te paren.

Ze kunnen simpelweg geïnfecteerde vrouwelijke nakomelingen hebben die op hun beurt weer geïnfecteerde vrouwelijke nakomelingen krijgen. En muggen. Akia veroorzaakt een fenomeen dat cytoplasmatische incompatibiliteit wordt genoemd.

En dit is waar de mannetjes, omdat zij doodlopende gastheren zijn voor de bacterie, worden gebruikt als Trojaanse paarden om de fitness van niet-geïnfecteerde vrouwtjes in de populatie te verminderen. Als een geïnfecteerd mannetje paart met een niet-geïnfecteerd vrouwtje, steriliseert hij haar. Geïnfecteerde vrouwtjes zijn echter ongevoelig, ongeacht of zij paren met een geïnfecteerd of een niet-geïnfecteerd mannetje.

Geïnfecteerde vrouwtjes hebben dus meer nakomelingen omdat geen van hun paringen steriel is. Die nakomelingen zijn ook geïnfecteerd en hebben op hun beurt weer meer nakomelingen. Hierdoor kan deze bacterie zich snel verspreiden door populaties tot een hoge frequentie.

Het idee is dus om dit vermogen van Akia om zich door populaties te verspreiden te gebruiken als een manier om genen van belang in populaties te introduceren. Terwijl Akia zich verspreidt, zou uw gen van belang, bijvoorbeeld een gen voor malariaresistentie, zich verspreiden via genetische hitchhiking. Akia komt wijdverspreid voor in insecten.

Als u kijkt naar muggen over alle muggengeslachten heen, is vrijwel elk geslacht geïnfecteerd. Niet elke soort binnen een geslacht is geïnfecteerd, maar er zijn enkele soorten binnen elk geslacht, behalve bij Aedes. Er zijn geen bekende natuurlijke Aedes-infecties.

Dus niet anis, gambier, geen enkele anomalie. En dit is eigenlijk een belangrijk interessegebied voor mijn onderzoeksgroep. We proberen Anis te infecteren en we zijn erin geslaagd om ten minste aan te tonen dat wbaa anis gambier-cellen kan infecteren.

Dus in celcultuur. En we proberen de overstap te maken van dit in vitro celcultuursysteem naar een in vivo muggensysteem, maar dat heeft nog niemand echt gedaan. Dus dit is relatief eenvoudig.

U heeft een kooi met muggen die uw gen niet bezitten, en u heeft een stam muggen die dat wel doet, stel dat dit gekoppeld is aan Akia of een ander gene drive-mechanisme. In feite ent u uw naïeve kooipopulatie met muggen uit uw experimentele populatie, in verschillende frequenties, en u kweekt ze op. U neemt elke generatie willekeurige monsters en u herhaalt dit elke generatie om te zien hoe de frequentie van dat gen in de loop van de tijd verandert. Vervolgens kunt u dit proces voortzetten tot aan een bepaald aantal generaties.

U kunt dit uitvoeren tot uw gen een bepaalde, vooraf vastgestelde frequentie bereikt of totdat uw gen verloren gaat. Dit zijn zeer eenvoudige experimenten om in het laboratorium uit te voeren. In feite houdt het er alleen in dat u elke generatie muggen opkrijgt op de manier waarop u dat normaal gesproken zou doen.

Er zijn dus veel ethische overwegingen. Ik denk dat het belangrijkste is dat we zeker weten of het daadwerkelijk zal werken. Zal het beter zijn dan de strategieën die op dit moment beschikbaar zijn? Veel mensen staan van nature wantrouwig tegenover genetisch gemodificeerde organismen in het algemeen.

En daarom moeten we in staat zijn om dat aan te pakken. Wanneer u genetisch gemodificeerde muggen uitzet in, laten we zeggen, land A dat ze wel wil, en land B ligt direct naast dat land en wil ze niet, dan zullen die muggen die grens niet respecteren. Als deze gene drive-mechanismen werken zoals we willen dat ze werken, zal dat gen zich verspreiden en zullen die muggen dat gen in principe overal binnen het verspreidingsgebied van de soort meevoeren.

Daarom moeten dit soort politieke, ethische, sociale en juridische kwesties echt grondig worden aangepakt. We moeten er zeker van zijn dat we de situatie niet verslechteren in plaats van verbeteren. We willen dus echt alles begrijpen wat er in het milieu gebeurt voordat we ze daadwerkelijk loslaten.

Dus, er zijn opnieuw twee verschillende categorieën. Er zijn de wetenschappelijke obstakels die ernstig zijn, maar waar we aan werken. En dan zijn er daarnaast de sociale, ethische en juridische obstakels.

En ik denk dat we in de loop van de tijd in staat zullen zijn om de wetenschappelijke kwesties aan te pakken. Ik bedoel, er is momenteel echt geen gene drive-mechanisme dat in muggen werkt en dat toepasbaar zou zijn. Er zijn enkele zeer recente studies die veelbelovend lijken bij Drosophila, maar deze zijn nog niet overgezet naar muggen.

Maar ik denk dat dit het soort zaken is waar we aan werken en weet je, we hebben veel vooruitgang geboekt in de afgelopen 10 jaar, 10 tot 15 jaar. We gaan veel vooruitgang boeken in de komende 10 jaar. En ik denk echt dat de wetenschappelijke kwesties uiteindelijk oplosbaar zijn, zodra we deze muggenstammen hebben die geschikt zijn voor uitzetting; mensen moeten ons daadwerkelijk toestaan om ze uit te zetten.

En ik denk dat dat soort obstakels veel, veel moeilijker te overwinnen zullen zijn dan de wetenschappelijke kwesties. En dat is iets waar veel tijd voor nodig zal zijn. En het kan zijn dat mensen ze uiteindelijk simpelweg niet willen accepteren.

En eigenlijk, weet je, er is niet veel dat we eraan kunnen doen als dat op dat moment het geval is. Over het algemeen is er echter behoorlijk veel financiering. Ik bedoel, we kunnen altijd meer financiering gebruiken, maar instanties als de National Institutes of Health, de WHO en de Gates Foundation investeren echt veel geld in vectoroverdraagbare ziekten.

Malaria en dengue in het bijzonder. Ik denk dat er, wat betreft het beschikbare geld, veel is. Dat zou niet allemaal naar één specifiek gebied moeten gaan, weet je, het zou niet allemaal naar genetisch gemodificeerde muggen moeten gaan.

Het zou niet allemaal naar insecticiden moeten gaan. Maar we moeten echt proberen onze strategieën te diversifiëren en dit probleem echt vanuit alle hoeken aanpakken. Maar er is wel financiering beschikbaar.

Ik bedoel, financiering is op dit moment voor iedereen moeilijk, maar.