Wat zijn genaandrijvingen? Hoe wetenschappers terugvechten tegen dodelijke muggen

Wat is het dodelijkste dier op aarde? Het is een vraag die doet denken aan angstaanjagende leeuwen, tijgers, haaien en krokodillen. Maar het antwoord is een dier dat niet langer is dan 1 centimeter lang.

Een paar muggensoorten, van de duizenden die verschillende milieus bevolken, zijn de dodelijkste dieren op aarde. malariamug alleen muggen, brengen malaria door hun beet over en infecteren jaarlijks meer dan 200 miljoen mensen en zijn verantwoordelijk voor 400.000 sterfgevallen per jaar, waarvan 70 procent kinderen onder de leeftijd van 5 jaar zijn.

Andere muggensoorten brengen ook ziekten over - dengue, West-Nijl en Zika - door hun beet.

Wij zijn genetici aan het Imperial College in Londen die zich concentreren op de mug en zijn rol als ziektevector. Al meer dan 20 jaar richten we ons op de ontwikkeling van genetisch gemanipuleerde muggen. Dat komt omdat tientallen jaren van malariacontrole ons hebben geleerd dat de meest effectieve strategie om malaria te voorkomen, is om de mug zelf te bestrijden. Jaren van onderzoek hebben geleid tot de ontwikkeling van de ultieme en geavanceerde genetische tool genaamd "gen-drive." Als het op de juiste manier is ontworpen, kan het muggenpopulaties die in kooien in het laboratorium zijn ondergebracht, elimineren.

Zie ook: Hoe miljoenen door parasieten op gang gebrachte mosquito's kunnen vechten tegen Zika

Wij bestrijden elke dag door muggen veroorzaakte ziekten

Alleen vrouwelijke muggen bijten mensen. Ze drinken menselijk bloed om voedingsstoffen te verzamelen om hun eieren te produceren. Als de vrouwelijke mug is geïnfecteerd met een virus of een parasiet, zal deze de infectie doorgeven aan de gebeten persoon. Later, als een niet-geïnfecteerde mug de pas geïnfecteerde mens bijt, zal hij het micro-organisme oppikken en ook zal het de ziekte naar andere individuen kunnen verspreiden.

Voor een ziekte zoals malaria, die een bedreiging vormt voor bijna de helft van de wereldbevolking, hebben volksgezondheidsinitiatieven verschillende methoden gebruikt om de malariaparasiet zelf aan te pakken, zoals vaccins en medicijnen. Andere methoden - waaronder pesticiden, ontsmetting, muskietennetten en het verwijderen van leefgebieden van muggen - streven ernaar het contact met of het aantal muggen te verminderen. Maar wij geloven dat het richten op de mug de meest effectieve manier is om gevallen van malaria wereldwijd te verminderen.

Nu, in Afrika, waar de malariabelasting het hoogst is, insecticide binnenshuis spuiten en slapen onder met insecticide bedekte muskietennetten, zijn de meest effectieve manieren om malariatransmissie snel te verminderen. Deze controlemaatregelen en interventies hebben op vele plaatsen geholpen de malaria-last drastisch te verminderen. Sinds 2010 is het sterftecijfer veroorzaakt door malaria met 35 procent gedaald bij kinderen onder de leeftijd van 5.

Deze methoden zijn echter niet duurzaam en moeten op grote schaal worden geïmplementeerd om hun volledige potentieel te bereiken. Dit werd duidelijk tussen 2014 en 2016, wat de eerste keer sinds 2010 was dat malariagevallen zijn toegenomen, waardoor de dalende trend in de voorgaande jaren werd doorbroken. Muggen ontwikkelen resistentie tegen antimalariamiddelen en insecticiden, en we hebben weinig opties en tijd.

Een nieuwe aanpak

Om malaria-uitroeiing te bereiken, moeten onderzoekers in de volksgezondheid ons arsenaal upgraden. Om dit doel te bereiken, hebben wij, het Crisanti-lab hier aan het Imperial College, gewerkt aan een plan om precies dat te doen.

Onlangs is een technologie genaamd CRISPR ontwikkeld die wetenschappers in staat stelt DNA met grote efficiëntie te bewerken. Onderzoekers over de hele wereld gebruiken CRISPR om mug-DNA te wijzigen met als doel het elimineren van door muggen overgebrachte ziekten, zoals malaria. In ons laboratorium hebben we het misschien wel meest geavanceerde gebruik van de ooit voorgestelde technologie ontwikkeld. Het wordt 'genaandrijving' genoemd. Dit type genetische modificatie heeft het vermogen om een ​​eigenschap in een wilde populatie te verspreiden, waarbij de klassieke erfelijkheidswetten worden genegeerd.

DNA dat wordt overgedragen van de ene ouder, van de ene generatie op de andere via de klassieke erfelijkheidswetten, wordt alleen geërfd door de helft van het nageslacht van elke generatie. Hierdoor blijft de frequentie van die genetische modificatie of eigenschap in de populatie muggen hetzelfde.

Gen-drives worden overgenomen door meer dan 50 procent van het nageslacht. Dit geeft hen de mogelijkheid om de frequentie van een eigenschap over opeenvolgende generaties progressief te verhogen, wat een voordeel is ten opzichte van het potentiële gebruik van andere GM-muggen.

Ethiek van het veranderen van wilde muggenpopulaties

We hebben een genaandrijving ontworpen die gericht is op vruchtbaarheidsgenen die essentieel zijn voor de ontwikkeling van de vrouwelijke mug. Wanneer deze genen worden verstoord, kan het vrouwelijke insect niet bijten of nakomelingen produceren.

Het voordeel van gene drives is dat we alleen de Anopheles gambiae soorten - een van de primaire vectoren die de ziekte in sub-Sahara Afrika dragen - zonder gevolgen voor diegenen die dat niet doen.

Toen we onze technologie in het laboratorium testten, konden we dit kenmerk verspreiden naar 100 procent van de muggenpopulatie in de kooien. Het gevolg van het produceren van normale mannelijke muggen en steriele vrouwtjes was dat we de populatie binnen zes maanden op nul brachten.

Dit is de eerste keer dat een populatie is onderdrukt met behulp van een gendrive, zij het in het laboratorium.

Gene Drive is een snel bewegende en krachtige genetische technologie. Het vermogen om natuurlijke populaties te transformeren zonder constant menselijk ingrijpen, maakt ze ideaal om de huidige instrumenten en methoden voor de bestrijding van infectieziekten aan te vullen en hun economische en ecologische last te verminderen.

Hoewel de onderdrukking van gekooide muggenpopulaties in het lab een mijlpaal is, is een daadwerkelijke velduitgave van een gendrive in de toekomst minstens een decennium ver.

Omdat ze zich alleen en over mogelijk grote geografische gebieden kunnen verspreiden, roept de technologie potentiële ethische bezwaren op over het gebruik ervan. Wie beslist bijvoorbeeld wanneer een gendrive wordt vrijgegeven als geen volledige consensus van de getroffen gemeenschappen wordt bereikt? Over deze kwesties wordt breed gedebatteerd door wetenschappers, ethici, regelgevers en degenen die mogelijk worden beïnvloed door het gebruik van technologie voor genetische aandrijving.

Niettemin heeft de wetenschappelijke gemeenschap grote vooruitgang geboekt met betrekking tot mogelijke methoden om de technologie te beschermen, met inbegrip van de mogelijkheden voor ontwerpen die hun verspreiding zouden beperken. De uiteindelijke beslissing of een genaandrijving in het wild mag worden vrijgegeven, moet worden gemaakt met de toestemming van de getroffen landen en meer specifiek de gemeenschappen die dagelijks met deze ziekten leven.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation door Andrea Crisanti en Kyros Kyrou. Lees hier het originele artikel.