Voorkomen van de verspreiding van malaria en knokkelkoorts Met behulp van genetisch gemodificeerde muggen

Mijn naam is Anthony James. Ik ben een split-aanstelling op de afdelingen microbiologie en moleculaire biologie en vervolgens moleculaire biologie en biochemie hier aan de University of California Irvine. Mijn laboratorium werkt aan het ontwikkelen van antwoorden op de simpele vraag of genetica iets te bieden heeft aan de controle van vector-overdraagbare ziekten.

En in ons specifieke geval zijn we geïnteresseerd in door muggen overgedragen ziekten, malaria en knokkelkoorts. Malaria is de grootste vector-overdraagbare ziekte in termen van menselijke sterfte die ongeveer elke 20 tot 30 seconden een persoon doodt, gemiddeld over een jaar. Het dengue-virus is niet zo belangrijk in termen van menselijke sterfte, maar is een groot probleem voor de volksgezondheid dat bijna de helft van 's werelds bevolking treft, mogelijk bijna de helft van 's werelds bevolking met zo'n 50.000 tot honderdduizend gevallen per jaar.

En in de tropische gebieden zijn de huidige benaderingen voor de controle van vector-overdraagbare ziekten, specifiek malaria en dengue-virussen, gericht op de controle van de vector door het gebruik van insecticiden of vermindering van het larvale habitat, larvale en reproductieve habitats. In het geval van malaria, het gebruik van therapeutische en profylactische geneesmiddelen en controlemaatregelen die de toegang van mensen tot muggen voorkomen. Dat omvat het gebruik van klamboes en andere persoonlijke beschermingsmaatregelen die voorkomen dat muggen toegang krijgen tot de mensen.

Dus we stelden de vraag zoals ik aangaf of genetica iets te bieden had, en er zijn twee gebieden waarin we genetica overwegen. Het eerste is het ontwikkelen van genetische technieken die de populaties van muggen verminderen. Dit wordt populatiereductie genoemd.

En het tweede gebied is populatievervanging. En hier is het idee om genen te nemen die weerstand zouden verlenen tegen specifieke pathogenen en op de een of andere manier ervoor te zorgen dat ze in populaties in hoge frequenties terechtkomen. We noemen dit populatievervanging.

Dus er waren twee interessante waarnemingen die ons deden denken dat genetica een rol zou spelen bij de controle van vector-overdraagbare ziekten. De eerste is als je kijkt naar alle insecten of geleedpotigen, en dat omvat teken die zich voeden met bloed, je ontdekt dat niet elke bloedzuigende geleedpoot elke ziekte overbrengt. Dat suggereert dat er enkele gastheerbeperkingen zijn van deze pathogenen, en dat blijkt waar te zijn.

En als je denkt aan gastheerbeperkingen, begin je aan genetica te denken. De tweede waarneming was dat als je kijkt naar een populatie van insecten die overdraagt door heel eenvoudige technieken, je binnen die groep insecten een populatie kunt selecteren die zeer gevoelig is en een die zeer refractair is. Als je dat hebt gedaan, kun je eenvoudige genetische kruisingen doen en antwoorden geven op vragen over hoeveel genen er betrokken zijn, of er een eenvoudige dominantie is, recessieve relaties.

En uit deze waarnemingen hadden we een heel duidelijke indicatie dat genetica belangrijk was voor een specifieke muggensoort om de ontwikkeling van een specifiek pathogeen te ondersteunen. En het idee was, nou, zou het niet geweldig zijn als we op de een of andere manier die genen die weerstand verlenen over alle populaties zouden kunnen verspreiden? En de voordelen hiervan zouden zijn dat we specifiek het pathogene in kwestie zouden targeten en het gebruik van dingen als insecticiden zouden vermijden, die veel impact hebben op niet-doelorganismen of milieubeheer om broedplaatsen te verminderen, die een diepgaande, kunnen een diepgaande effect hebben op, op het milieu.

En in tegenstelling tot het gebruik van insecticiden en profylactische geneesmiddelen, verwachten we niet dat deze muggen of de parasieten die in de muggen worden gekweekt ooit enige vorm van weerstand tegen hen zouden ontwikkelen. Dus het idee is om een strategie te ontwikkelen waarbij je een volledig ziektebestendige mug hebt en je geen zorgen hoeft te maken over niet-doeleffecten. Dus toen we naar natuurlijk voorkomende recurrente raciness keken, was de aantrekkelijke aanpak om te zien of we enkele van deze natuurlijke genen konden krijgen en hun frequenties in populaties konden verhogen, zodat we een ziektebestendige populatie zouden kunnen hebben.

Maar het bleek, in ieder geval in de begindagen, dat het fysiek krijgen van deze genen erg moeilijk was. Dus onze groep en een aantal anderen kozen voor een volledig synthetische aanpak waarbij het idee was om in wezen een gen te bouwen dat refractariteit zou kunnen verlenen. En onder deze omstandigheden verdeelden we het gen in twee eenvoudige componenten, een controlegedeelte dat u zou vertellen wanneer, waar en hoeveel van een bepaalde stof te maken.

En dan een infectie-effectorgedeelte, wat het eigenlijke product is dat door dat gen wordt gemaakt dat weerstand kan verlenen. En in onze analyse van hoe we deze genen gaan bouwen, besloten we dat het belangrijk en verstandig zou zijn als de controlegedeelten de effectormolecuul in dat deel van de mug zouden plaatsen waar de parasieten zich daadwerkelijk bevinden. En dus waren we op zoek naar ontwikkelingsgereguleerde genen die ons zouden toestaan om iets op de juiste plaats te plaatsen.

En dat iets is nogmaals de effectormolecuul, en dat is het eigenlijke deel van de molecuul gemaakt door het gen dat direct interfereert met de malariaparasieten of de virussen. En voor het malariawerk ontwikkelden we wat single-chain antilichamen worden genoemd die interfereren met de binding aan parasieten en interfereren met hun vermogen om muggenweefsels binnen te dringen. En voor de dengue-virussen ontwikkelden we wat een RNAi-strategie wordt genoemd, die gebruik maakt van de cellulaire eigenschappen van de mug om de virussen af te breken terwijl ze proberen zich in de mug te repliceren.

Dus toen we voor het eerst overwogen om deze synthetische genen te maken, braken we het probleem op in onderdelen. En het eerste onderdeel was om in het laboratorium aan te tonen dat we een mug die normaal gesproken een pathogeen zou overdragen, in een konden veranderen die dat niet kon. En om dat te doen, zoals ik eerder aanraadde, hadden we controlesequenties nodig die het effectormolecuul zouden tot expressie brengen, we hadden een effector