Malaria ist nach wie vor eine der tödlichsten Krankheiten der Welt. Jedes Jahr fordern Malariainfektionen Hunderttausende Todesfälle, wobei die Mehrzahl der Todesfälle Kinder unter fünf Jahren betrifft. Die Centers for Disease Control and Prevention gaben kürzlich bekannt, dass in den Vereinigten Staaten fünf Fälle von durch Mücken übertragener Malaria entdeckt wurden, die erste gemeldete Ausbreitung im Land seit zwei Jahrzehnten.
Glücklicherweise entwickeln Wissenschaftler sichere Technologien, um die Übertragung von Malaria zu stoppen, indem sie Mücken genetisch verändern, die den Parasiten verbreiten, der die Krankheit verursacht. Forscher der University of California San Diego unter der Leitung des Labors von Professor Omar Akbari haben eine neue Methode zur genetischen Unterdrückung von Populationen von Anopheles gambiae entwickelt, den Mücken, die in Afrika hauptsächlich Malaria verbreiten und zur wirtschaftlichen Armut in den betroffenen Regionen beitragen.
Das neue System zielt auf Weibchen der A. gambiae-Population ab und tötet sie, da sie beißen und die Krankheit verbreiten.
Veröffentlichung am 5. Juli in der Zeitschrift Wissenschaftliche FortschritteDie Erstautorin Andrea Smidler, Postdoktorandin an der UC San Diego School of Biological Sciences, schuf zusammen mit den ehemaligen Masterstudenten und Co-Erstautoren James Pai und Reema Apte ein System namens Ifegenia, ein Akronym für „inherited Female Elimination by“. genetisch kodierte Nukleasen, um Allele zu unterbrechen.“ Die Technik nutzt die CRISPR-Technologie, um ein Gen namens „femaleless“ (fle) zu zerstören, das die sexuelle Entwicklung bei A. gambiae-Mücken steuert.
Wissenschaftler der UC Berkeley und des California Institute of Technology trugen zu den Forschungsanstrengungen bei.
Ifegenia funktioniert durch die genetische Kodierung der beiden Hauptelemente von CRISPR in afrikanischen Mücken. Dazu gehören eine Cas9-Nuklease, die molekulare „Schere“, die die Schnitte durchführt, und eine Leit-RNA, die das System mithilfe einer Technik, die in Akbaris Labor an diesen Mücken entwickelt wurde, zum Ziel führt. Sie haben zwei Mückenfamilien genetisch verändert, um Cas9 und die auf Flechen gerichtete Leit-RNA getrennt zu exprimieren.
„Wir haben sie gemeinsam gekreuzt und bei der Nachkommenschaft hat es alle weiblichen Mücken getötet“, sagte Smidler, „es war außergewöhnlich.“ Unterdessen erben männliche A. gambiae-Mücken Ifegenia, aber die genetische Veränderung hat keinen Einfluss auf ihre Fortpflanzung. Sie bleiben fortpflanzungsfähig, um sich zu paaren und Ifegenia zu verbreiten.
Die Ausbreitung des Parasiten wird schließlich gestoppt, da die Weibchen entfernt werden und die Population in eine Fortpflanzungs-Sackgasse gerät. Das neue System umgeht, so die Autoren, bestimmte Hindernisse bei der genetischen Resistenz und Kontrollprobleme, mit denen andere Systeme wie Gene Drives konfrontiert sind, da die Cas9- und Guide-RNA-Komponenten getrennt gehalten werden, bis die Population zur Unterdrückung bereit ist.
„Wir zeigen, dass Ifegenia-Männchen fortpflanzungsfähig bleiben und sowohl FLE-Mutationen als auch die CRISPR-Maschinerie laden können, um FLE-Mutationen in nachfolgenden Generationen zu induzieren, was zu einer anhaltenden Populationsunterdrückung führt“, stellen die Autoren in der Arbeit fest. „Durch Modellierung zeigen wir, dass die wiederholte Freisetzung nicht beißender Ifegenia-Männchen als wirksames, begrenzbares, kontrollierbares und sicheres System zur Unterdrückung und Eliminierung der Population fungieren kann.“
Herkömmliche Methoden zur Bekämpfung der Malariaausbreitung wie Moskitonetze und Insektizide haben sich zunehmend als unwirksam erwiesen, um die Ausbreitung der Krankheit zu stoppen. Insektizide werden weltweit immer noch in großem Umfang eingesetzt, vor allem zur Eindämmung der Malaria, die die gesundheitlichen und ökologischen Risiken für Gebiete in Afrika und Asien erhöht.
Smidler, der einen Ph.D. (Biologische Wissenschaften der öffentlichen Gesundheit) von der Harvard University, bevor sie 2019 an die UC San Diego wechselte, setzt ihr Fachwissen in der Entwicklung gentechnischer Technologien ein, um die Ausbreitung der Krankheit und den damit verbundenen wirtschaftlichen Schaden zu bekämpfen. Als sie und ihre Kollegen Ifegenia entwickelten, war sie überrascht, wie effektiv die Technologie als Unterdrückungssystem funktionierte.
„Diese Technologie hat das Potenzial, die sichere, kontrollierbare und skalierbare Lösung zu sein, die die Welt dringend braucht, um Malaria ein für alle Mal auszurotten“, sagte Akbari, Professor in der Abteilung für Zell- und Entwicklungsbiologie. „Jetzt müssen wir unsere Bemühungen um gesellschaftliche Akzeptanz, behördliche Nutzungsgenehmigungen und Finanzierungsmöglichkeiten umstellen, um dieses System auf die ultimative Probe zu stellen und wilde, Malaria übertragende Mückenpopulationen zu unterdrücken. Wir stehen kurz davor, einen großen Einfluss auf die Welt zu nehmen.“ wird nicht aufhören, bis das erreicht ist.“
Die Forscher stellen fest, dass die Technologie hinter Ifegenia auf andere Arten angepasst werden könnte, die tödliche Krankheiten verbreiten, wie etwa Mücken, von denen bekannt ist, dass sie Dengue-Fieber (Break-Bone-Fieber), Chikungunya- und Gelbfieberviren übertragen.
Mehr Informationen:
Andrea L. Smidler et al., Ein begrenzbares System zur Unterdrückung der weiblich-tödlichen Population beim Malaria-Überträger Anopheles gambiae, Wissenschaftliche Fortschritte (2023). DOI: 10.1126/sciadv.ade8903