Предотвращение распространения малярии и лихорадки денге с использованием генетически модифицированных комаров

Меня зовут Энтони Джеймс. Я работаю на кафедрах микробиологии и молекулярной биологии, а затем молекулярной биологии и биохимии здесь, в Калифорнийском университете в Ирвине. Моя лаборатория работает над поиском ответов на простой вопрос о том, может ли генетика внести какой-либо вклад в борьбу с трансмиссивными болезнями.

В нашем конкретном случае нас интересуют болезни, переносимые комарами, малярия и лихорадка денге. Малярия является крупнейшим трансмиссивным заболеванием с точки зрения смертности, которая убивает одного человека примерно каждые 20-30 секунд, в среднем за год. Вирус денге не так значителен с точки зрения смертности людей, но является серьезной проблемой общественного здравоохранения, затрагивающей почти половину населения мира, потенциально затрагивая почти половину населения мира, с примерно 50 000 до ста тысяч случаев в год.

Кроме того, в тропических районах современные подходы к борьбе с трансмиссивными болезнями, в частности с вирусами малярии и денге, сосредоточены на борьбе с переносчиками путем использования инсектицидов или сокращения мест обитания личинок, личинок и репродуктивных местообитаний. В случае малярии необходимо применение лечебных и профилактических препаратов и мер борьбы, препятствующих доступу людей к комарам. Это включает в себя использование противомоскитных сеток и других мер индивидуальной защиты, которые предотвращают доступ комаров к людям.

Итак, мы задаем вопрос, как я уже говорил, может ли генетика что-то предложить, и есть две области, в которых мы рассматриваем генетику. Один из них заключается в разработке генетических методов, которые сокращают популяции комаров. Это называется сокращением населения.

И второе направление – это воспроизводство населения. И здесь идея состоит в том, чтобы взять гены, которые придают устойчивость к конкретным патогенам и каким-то образом заставить их попадать в популяции с высокой частотой. Мы называем это замещением населения.

Таким образом, было сделано два интересных наблюдения, которые позволили нам предположить, что генетика играет определенную роль в борьбе с трансмиссивными болезнями. Во-первых, если вы посмотрите на всех насекомых или членистоногих, включая клещей, которые питаются кровью, вы обнаружите, что не каждое членистоногое, питающееся кровью, передает все болезни. Это наводит вас на мысль о том, что существуют некоторые ограничения хозяина в отношении этих патогенов, и это оказывается правдой.

И когда вы думаете об ограничениях хозяина, вы начинаете думать о генетике. Второе наблюдение заключалось в том, что если вы посмотрите на популяцию насекомых, которая передается с помощью очень простых методов, вы можете выбрать в этой группе популяцию, которая очень восприимчива и одна очень рефрактерна. Сделав это, вы можете проводить простые генетические скрещивания и отвечать на вопросы о том, сколько генов задействовано, есть ли простое доминирование, рецессивные отношения.

И из этих наблюдений у нас было очень четкое указание на то, что генетика важна для определенного вида комаров, чтобы поддерживать развитие конкретного патогена. Идея заключалась в том, что разве не было бы здорово, если бы мы могли каким-то образом распространить те гены, которые обеспечивают устойчивость, во всех популяциях? И преимущества этого будут заключаться в том, что мы будем нацеливаться конкретно на патоген и рассматриваемый патоген и избегать использования таких вещей, как инсектициды, которые оказывают большое воздействие на нецелевые организмы, или управление окружающей средой для сокращения мест размножения, которые оказывают глубокое, может оказать глубокое влияние на окружающую среду.

И в отличие от использования инсектицидов и профилактических препаратов, мы не ожидаем, что эти комары когда-либо или паразиты, которые выращиваются в комарах, когда-либо будут иметь какую-либо устойчивость к ним. Таким образом, идея состоит в том, чтобы иметь возможность разработать стратегию, при которой у вас есть полностью устойчивый к болезням комар и вам не нужно беспокоиться о нецелевых эффектах. Поэтому, когда мы рассматривали естественную повторяющуюся расовость, привлекательным подходом было увидеть, как если бы мы могли получить некоторые из этих естественных генов и увеличить их частоту в популяциях, мы могли бы получить популяцию, устойчивую к болезням.

Но оказалось, по крайней мере, в первые дни, физически получить эти гены в свои руки было очень сложно. Поэтому наша группа, как и ряд других, выбрала полностью синтетический подход, где идея заключалась в том, чтобы создать ген, который мог бы придать рефрактерность. И в этих обстоятельствах мы разделили ген на два простых компонента, контрольную часть, которая подскажет вам, когда, где и сколько того или иного вещества нужно производить.

А затем инфекционная эффекторная часть, которая является фактическим продуктом, произведенным этим геном, который может придать устойчивость. И в нашем анализе того, как мы собираемся строить эти гены, мы решили, что было бы важно и разумно, если бы контрольные части действительно размещали эффекторную молекулу в той части комара, где на самом деле находились паразиты. И поэтому мы искали гены, регулируемые развитием, которые позволили бы нам поместить что-то в нужное место.

И это нечто, опять же, является эффекторной молекулой, и это реальная часть молекулы, созданная геном, который напрямую вмешивается либо в борьбу с малярийными паразитами, либо с вирусами. Для работы с малярией мы разработали так называемые одноцепочечные антитела, которые препятствуют связыванию с паразитами и препятствуют их способности проникать в ткани комаров. Для вирусов денге мы разрабатываем так называемую стратегию РНК-интерференции, которая использует клеточные свойства комара для разрушения вирусов, когда они пытаются размножаться в комаре.

Поэтому, когда мы впервые задумались о создании этих синтетических генов, мы разбили проблему на составные части. И первая составная часть заключалась в том, чтобы продемонстрировать в лаборатории, что мы действительно можем создать комара, который обычно передает патоген в комара, который не может. И для того, чтобы сделать это, как я уже упоминал ранее, нам нужны были управляющие последовательности, которые экспрессировали бы эффекторную молекулу. Нам нужно было бы создать эффекторную молекулу, а затем нам нужна была бы некая технология, технология трансгенеза, которая позволила бы нам поместить этот искусственный ген в комара.

И в течение последнего десятилетия или около того, это то, над чем мы работали, и я очень заинтересован, наши коллеги заинтересованы и добились довольно много успехов в этой области. Однако, разработав этих комаров в лаборатории, мы нуждались в механизме для переноса этого гена из лаборатории в поле. И нам нужен был какой-то процесс, который позволил бы этому гену увеличиваться с такой частотой в популяции, которая выходила бы за рамки тех типов увеличения, которые вы могли бы наблюдать при естественном отборе.

Эти типы механизмов называются системами генного драйва, и они отбирают насекомых, которые несут интересующий вас ген, и у них есть ряд свойств, но два основных свойства заключаются в том, что они участвуют или происходят в результате спаривания, но увеличивают частоту гена со скоростью, гораздо более высокой, чем вы могли бы ожидать от естественного отбора, для некоторого селективного преимущества на этом гене. Поэтому, когда мы задумались о разработке этих систем генного драйва, мы сразу поняли, что речь идет о внедрении генетически модифицированных организмов в открытую окружающую среду. И не слишком удивительно, что были значительные опасения и тревоги, связанные с redu, с выпуском генетически модифицированных материалов в дикую природу.

И для нас было важно определить, какие серьезные проблемы будут связаны с использованием генетически модифицированных организмов, а затем связать их с научными данными, которые у нас есть, чтобы уменьшить проблемы, связанные с их использованием. И поэтому мы разработали то, что мы называем критериями проектирования, которые учитывают, помимо биологической природы организмов, которые мы разрабатываем в лабораторных условиях, но также и критерии, связанные с социологическими, культурными и другими проблемами, которые могут возникнуть у людей. Таким образом, они становятся критериями проектирования.

Итак, три из них, о которых я собираюсь кратко рассказать здесь, пересекаются в этих областях. Первая заключается в том, что все, что мы разрабатываем в терминах системы генного драйва, должно работать в том, что вы называете человеческим временным интервалом, а не эволюционным временным интервалом. Это то, что должно распространяться достаточно быстро, чтобы мы могли увидеть, как что-то происходит в результате этого.

И мы думаем, скажем, от 5 до 10 лет. И эта идея была впервые разработана Норой pki, которая поняла, что за 10 000 лет мы можем что-то сделать, но система генного драйва, о которой мы говорим, должна работать в гораздо более человеческом времени. Вторая и, вероятно, самая большая проблема и критерии, которые у нас есть, заключаются в том, что все, что мы разрабатываем, работает только на целевой организм, то есть у него нет способности или оно отключается, если оно действительно выходит за пределы нашего целевого насекомого.

И это важно, потому что большинство людей обеспокоены тем, что вы делаете что-то в лаборатории, и они думают, что это нормально, но что это попадет в природу и каким-то образом распространится на нецелевые целевые виды. И поэтому одна из наших главных проблем заключается в том, чтобы мы построили что-то, что будет функционировать только у целевого вида и будет выведено из строя, если каким-то образом будет вычеркнуто из целевого вида. Третье, что довольно важно, конечно, это то, что это должно работать.

Например, работа означает нечто большее, чем просто науку и ограничение видов. Он должен быть экономически эффективным. Это должно быть что-то, что действительно работает в разумных рамках, и чтобы это было доступно по цене.

Итак, это ряд критериев проектирования, которые мы рассмотрели. Они не все из них. И я, и я представляю, что некоторые критерии будут меняться по мере развития нашего опыта, но я представляю, что те три, которые изменятся, останутся прежними.

Итак, прежде чем вся эта Идея и практика могут быть реализованы, должен произойти ряд вещей. Возвращаясь к этой идее, знаете, в первую очередь, это должно работать. Мы должны быть в состоянии показать в лаборатории, что насекомые, которых мы разрабатываем, действительно устойчивы к патогенам, на которые мы нацеливаемся.

И тогда мы должны быть в состоянии показать, что механизм генного драйва функционирует так, как мы ожидаем. В последнем случае мы планируем провести испытания в клетках, провести испытания в клетках, чтобы не было выброса в поле, который поместит ген в эндогенного комара или произойдет из эндогенных комаров в целевом участке, а затем спросить, обладает ли он способностью к перемещению? Так что это будет важно для нас.

Тем не менее, я думаю, что очень важно понимать, что не такой ученый, как я, будет рекомендовать когда-либо провести полевые испытания. На самом деле это будет результатом работы специалистов по математическому моделированию, которые, используя параметры, которые они разрабатывают, и которые мы предоставляем, могут дать учреждению общественного здравоохранения четкое представление о том, действительно ли то, что мы разработали, будет работать экономически эффективным образом. Таким образом, рекомендации на самом деле будут исходить от специалистов в области общественного здравоохранения, которые имеют опыт в моделировании, и именно они смогут сказать что-то «нет», «можно» или «нельзя».

Мы не ожидаем, что сотрудники лаборатории, такие как я, внесут большой вклад, помимо предоставления необработанных данных разработчикам моделей, чтобы они могли их использовать. Когда мы только начинали эту работу, мы оглядывались вокруг, когда говорили, что мы с коллегами работаем как одна команда, но мы искали уже существующие структуры, которые позволили бы нам оценить, что нам нужно будет сделать с точки зрения этической ситуации использования генетически модифицированных организмов. И хотя имеется довольно много данных о сельскохозяйственном использовании, а также об использовании растений и т.д., в опубликованной литературе очень мало информации об использовании генетически модифицированных насекомых.

И поэтому в рамках нашего основного проекта мы должны были включить компонент, который касался бы этических, социальных и правовых аспектов использования генетически модифицированных комаров. И как следствие этого, это была удивительная кривая обучения с точки зрения того, чтобы каждый член группы был в курсе того, что на самом деле требуется для того, чтобы это произошло. И позвольте мне привести вам несколько примеров.

Большинство стран мира, страдающих этими серьезными заболеваниями, не имеют регулирующих структур, которые могли бы выносить критические суждения об использовании генетически модифицированных организмов. И поэтому для нас стало чрезвычайно важным определить страны, у которых есть надлежащая регулятивная инфраструктура, с которыми мы могли бы консультироваться и взаимодействовать. История такой ситуации такова, что страны часто сталкивались с интродукцией генетически модифицированных организмов, в основном в сельскохозяйственных продуктах, скажем, в генетически модифицированной кукурузе, папайе или рисе.

И страна, в которой отсутствует регулирующая структура, чтобы справиться с этим, быстро примет закон, который вообще запретит внедрение любых генетически модифицированных организмов. Если подумать об этом в политическом смысле, то это умный поступок. То есть, если вы не готовы с этим справиться, закройте его и дайте себе шанс разработать плюс, необходимую структуру, чтобы проанализировать это и решить, есть ли здесь проблема.

И как только это происходит, страны вводят в действие надлежащую регулирующую структуру, а затем отменяют законы и позволяют генетически модифицированному организму как минимум подвергаться проверке и, возможно, в конечном итоге использоваться. Поэтому, размышляя о нашей работе, мы не могли выбрать страну, в которой мы могли бы стать катализатором для развития их регулятивной инфраструктуры. Нам нужно было найти страны, которые уже прошли через этот процесс и уже имеют надежную систему регулирования.

Причина, по которой мы хотели это сделать, заключалась в том, что у нас не было бы на это времени, чтобы снова стать ускоряющим событием. Сказав это, мы также хотели быть в стране, где существует очень хорошо вертикально интегрированная система общественного здравоохранения, а это означает, что мы будем решать проблемы как на местном уровне, так и на более крупном муниципальном уровне, штат или, затем федеральный эквивалент в регулирующей структуре. И мы хотели убедиться, что принятые решения, которые, например, были приняты для продвижения вперед, были подтверждены на всех уровнях.

Это не было чем-то, что центральное или федеральное правительство собиралось навязывать местному правительству. Мы хотели, чтобы это было что-то, с чем все согласились. Таким образом, нам пришлось фактически прийти к ситуации, когда существовала действительно хорошо интегрированная вертикальная система общественного здравоохранения.

И затем мы решаем вопросы, например, о том, что значит иметь согласие сообщества. Как вы определяете сообщество? На данный момент мы определяем сообщество как всех людей, на которых непосредственно влияет или может повлиять работа, которую мы проводим.

Но этот поворот, поворот оказывается не тривиальным, чтобы определить, и в обстоятельствах, когда вы идете за согласием сообщества, что значит на самом деле получить согласие сообщества? Достаточно ли одного отрицательного голоса, чтобы закрыть его? Что, знаете, это вещи, которые надо прорабатывать.

Вот некоторые из этических проблем, с которыми мы сталкиваемся. Тем не менее, одно из наших основных усилий в этой работе заключается в том, чтобы с самого начала обеспечить полное участие людей на местах, в наших обсуждениях, в наших усилиях и в том, чтобы это произошло. Например, у нас есть веб-сайт, который действительно доступен для всех, и у нас есть полное участие наших перспективных лабораторий по трудоустройству, которые сотрудничают с людьми на полевых участках, чтобы они были частью процесса планирования и процесса реализации.