Население Замена стратегий борьбы с векторным населения и использование Wolbachia pipientis генной Drive

Меня зовут доктор Джейсон Раскон. Я доцент кафедры молекулярной микробиологии и иммунологии Школы общественного здравоохранения Блумберга Университета Джонса Хопкинса, а также сотрудник Исследовательского института малярии Университета Джонса Хопкинса. Сфера моих основных научных интересов — взаимосвязь между генетикой популяций переносчиков и эпидемиологией переносимых ими патогенов.

Малярия является наиболее значимым трансмиссивным заболеванием в современном мире. Это крайне опасная болезнь, ежегодно уносящая жизни от одного до трех миллионов человек, согласно различным статистическим данным.

Большинство из них — дети в возрасте до пяти лет в Африке. Таким образом, это огромная проблема. И речь идет не только о смертности, но и о колоссальном бремени с точки зрения заболеваемости, общественного здравоохранения и нагрузки на экономику тех регионов, которые пострадали от этого заболевания; это действительно серьезная проблема.

Знаете, в Южной Америке, Африке и Азии это своего рода глобальная проблема, и заболевание возвращается. Таким образом, система генного драйва — это то, что в теории делает данные стратегии экономически возможными. Идея заключается в том, что вы можете, по сути, подавить популяцию, используя очень небольшое количество модифицированных насекомых.

Механизм генного драйва обеспечит распространение этого признака в популяции до высокого уровня частоты. Чтобы понять, как это работает: представьте, что вы создали трансгенное насекомое с одной копией гена, так как эти насекомые обычно диплоидны и имеют по две копии каждой хромосомы.

И если они случайно скрестятся с особями дикого типа, можно ожидать, что у 50% их потомства будет этот признак. Затем 50% этого потомства также будут его носителями. Таким образом, со временем этот признак будет просто вытесняться.

Механизм генного драйва (генетического драйва) подразумевает, что благодаря различным стратегиям или механизмам более 50% потомства будут носителями данного признака. Таким образом, частота встречаемости признака со временем будет увеличиваться, а не снижаться или оставаться на прежнем уровне. Сначала нам необходимо создать систему генного драйва.

На данный момент не существует жизнеспособной системы генного драйва, которая могла бы функционировать за пределами лаборатории. Существует несколько систем, способных работать при определенных условиях в строго контролируемой лабораторной среде, но мы еще не достигли того этапа, когда их можно было бы фактически внедрить в природные популяции. В настоящее время рассматривается множество различных механизмов генного драйва.

У каждого из них есть свои преимущества и недостатки, поэтому ни один из них не кажется изначально превосходящим другие. Таким образом, Akia Pipi представляет собой облигатно наследуемую по материнской линии бактерию. Она близко связана с Rickettsia и передается исключительно от матери к потомству на протяжении как минимум всего экологического времени.

Таким образом, зараженная мать рождает зараженное потомство, в то время как самцы не заражены, что происходит в природе благодаря различным механизмам. Вероятно, это самая распространенная эндосимбиотическая бактерия на Земле; по оценкам, она встречается до 75% всех известных насекомых.

Она манипулирует репродукцией хозяина таким образом, чтобы максимально увеличить свою передачу следующему поколению. Поскольку самцы являются тупиковыми хозяевами для этой бактерии, она предпринимает меры для увеличения числа зараженных самок. Так, в определенных системах она может превращать генетических самцов в функциональных самок или делать самок генетически способными к размножению без необходимости в спаривании.

В таком случае у них просто будет зараженное женское потомство, которое, в свою очередь, даст зараженное женское потомство. И так с комарами. Akia вызывает явление, называемое цитоплазматической несовместимостью.

И именно здесь самцы, поскольку они являются тупиковыми хозяевами для бактерии, используются в качестве «троянских коней» для снижения приспособленности неинфицированных самок в популяции. Таким образом, если инфицированный самец спаривается с неинфицированной самкой, он вызывает ее стерилизацию. При этом инфицированные самки остаются жизнеспособными независимо от того, спариваются они с инфицированным или неинфицированным самцом.

Таким образом, инфицированные самки имеют больше потомства, поскольку ни одно из их спариваний не приводит к стерильности. Это потомство также инфицировано и, в свою очередь, имеет больше потомков. Это позволяет данной бактерии быстро распространяться в популяциях, достигая высокой частоты встречаемости.

Таким образом, идея заключается в использовании способности акьи проникать в популяции как способа внедрения интересующих нас генов в эти популяции. По мере распространения акьи ваш целевой ген — например, ген устойчивости к малярии — будет распространяться путем генетического «попутчика» (genetic hitchhiking). Поскольку акья широко распространена среди насекомых.

Если рассмотреть комаров из всех родов, то практически каждый род оказывается зараженным. Не все виды внутри рода заражены, но в каждом из них есть определенные виды, за исключением одного. Природных инфекций этого вида не известно.

Таким образом, не Aedes gambiae, никаких аномалий. И это фактически основная область интересов моей исследовательской группы. Мы пытаемся инфицировать Aedes gambiae и нам удалось, по крайней мере, показать, что WBAA может инфицировать клетки Aedes gambiae.

Таким образом, в культуре клеток. Мы пытаемся перенести это из системы клеточного культивирования in vitro в систему in vivo на комарах, но на данный момент никто этого еще не делал. Так что это относительно просто.

У вас есть клетка с комарами, не несущими ваш ген, и штамм комаров, который его несет — допустим, он связан с Akia или каким-либо другим механизмом генного драйва. Вы фактически заселяете вашу наивную популяцию в клетке комарами из экспериментальной популяции с различными частотами встречаемости гена, выращиваете их и случайным образом отбираете образцы в каждом поколении. Вы продолжаете этот процесс из поколения в поколение, чтобы проследить, как меняется частота данного гена с течением времени. Таким образом, эксперимент можно проводить на протяжении определенного количества поколений.

Вы можете проводить этот процесс до тех пор, пока ваш ген не достигнет определенной заданной частоты или пока он не будет полностью утрачен. Подобные эксперименты в лаборатории проводятся довольно просто. По сути, это сводится к разведению комаров из поколения в поколение обычным стандартным способом.

Таким образом, существует множество этических соображений. Я считаю, что в первую очередь мы должны быть уверены в том, сработает ли это на самом деле? Будет ли этот метод эффективнее стратегий, доступных в настоящее время, ведь многие люди по определению относятся с недоверием к генетически модифицированным организмам в целом.

И поэтому нам необходимо решить этот вопрос. Когда вы выпускаете генетически модифицированных комаров, скажем, в стране А, которая этого хочет, а страна Б находится по соседству и не желает этого, комары не будут соблюдать эту границу. И если механизмы генного драйва сработают так, как мы задумали, этот ген будет распространяться, и комары разнесут его практически повсеместно в пределах ареала обитания данного вида.

Таким образом, подобные политические, этические, социальные и правовые вопросы требуют весьма тщательного рассмотрения. Мы должны быть уверены, что не ухудшим ситуацию вместо того, чтобы ее исправить. Поэтому нам необходимо полностью понять все происходящие в окружающей среде процессы, прежде чем мы приступим к их фактическому выпуску.

Таким образом, можно выделить две разные категории. С одной стороны, существуют серьезные научные препятствия, над преодолением которых мы сейчас работаем. С другой стороны, существуют социальные, этические и правовые препятствия.

И я полагаю, что со временем мы сможем решить эти научные проблемы. Я имею в виду, что на данный момент не существует применимого механизма генного драйва, который работал бы в комарах. Имеются некоторые совсем недавние исследования, выглядящие весьма многообещающе на Drosophila, но они еще не были перенесены на комаров.

Но я полагаю, что именно над такими вещами мы и работаем, и, как вы знаете, за последние 10–15 лет мы добились значительного прогресса. Мы добьемся еще большего прогресса в следующие 10 лет. И я действительно считаю, что научные проблемы в конечном итоге будут решены, но когда у нас появятся штаммы комаров, пригодные для выпуска, люди должны фактически разрешить нам их выпустить.

И я думаю, что подобные препятствия будут гораздо, гораздо более трудными для преодоления, чем научные проблемы. И это то, что потребует много времени. И вполне может оказаться так, что в конечном итоге люди просто не захотят их принять.

И действительно, понимаете, мы мало что можем с этим поделать, если ситуация сложится именно так. В целом, финансирования довольно много. Конечно, дополнительные средства нам всегда пригодятся, но Национальные институты здравоохранения (NIH), ВОЗ и Фонд Гейтса вкладывают значительные средства в борьбу с трансмиссивными заболеваниями.

Малярия и, в частности, лихорадка денге. Я считаю, что, знаете, учитывая объем доступных средств, их довольно много. Они не должны направляться исключительно на один конкретный проект, знаете, не должны идти только на генетически модифицированных комаров.

Не стоит направлять все средства только на инсектициды. Нам действительно необходимо, так сказать, диверсифицировать наши стратегии и попытаться подойти к решению этой проблемы со всех сторон. Тем не менее, финансирование для этого имеется.

Я имею в виду, что сейчас всем трудно получить финансирование, но.