W czerwcu zespół naukowców z Imperial College w Londynie zaprezentował na łamach Nature Communication nowy model broni w walce przeciwko malarii, skonstruowany w laboratorium inżynierii genetycznej. Jest nią genetycznie modyfikowany komar.
Taktyka polega na wyprowadzeniu na tereny endemicznego występowania malarii genetycznie zmodyfikowanych samców komarów, które są w stanie dawać jedynie potomstwo linii męskiej. Naukowcy wykorzystali fakt, że u komarów chromosom X może ulegać specyficznemu cięciu przez enzym endonukleazę typu homing I-Ppol. Efektem tego zjawiska jest zniszczenie chromosomów X, i powstawanie jedynie gamet z chromosomem Y.

Transgeniczne samce komarów posiadają zmodyfikowaną wersję genu endonukleazy, którego produktem jest enzym o zoptymalizowanych parametrach. Naukowcom zależało na uzyskaniu takiego okresu półtrwania enzymu, aby ograniczyć aktywność endonukleazy tylko do procesu spermatogenezy –  tak, aby zachować zdolności reprodukcyjne samców. W przeciwnym razie aktywne w nasieniu białko niszczyłoby chromosomy X znajdujące się w jajeczkach składanych przez samice, uniemożliwiając rozwijanie się larw.

Badania laboratoryjne dowodzą wysokiej skuteczności metody: cztery na pięć dzikich populacji po wprowadzeniu transgenicznych komarów ginie już po 6 pokoleniu.

Metody genetyczne wypierają tradycyjne techniki

Malaria zabija rocznie ponad pół miliona ludzi na świecie. W nierównej walce człowiek przegrywa z chorobą na wszystkich liniach obrony. Nie ma skutecznych metod zapobiegających rozprzestrzenianiu się choroby przez samice komarów Anopheles, odpornych na działanie insektycydów. Brakuje szczepionek  –  środków stosowanych w profilaktyce malarii. Gdy już dojdzie do zakażenia krwi zarodźcem malarii –  pierwotniakiem z rodzaju Plasmodium – na ratunek przychodzi współczesna farmacja. Ta linia obrony zawodzi jednak coraz częściej, z racji rozprzestrzeniania się oporności zarodźców na działanie leków przeciwmalarycznych.

Wprowadzenie do środowiska modyfikowanych genetycznie zwierząt, które ma na celu wytępienie populacji owadów przenoszących choroby, jest pomysłem odważnym, kontrowersyjnym, ale na pewno nie nowatorskim, o czym przekonuje nas dr Wojciech Zalewski, absolwent Wydziału Biologii Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie, były pracownik Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin – PIB, autor blogu „GMOBIEKTYWNIE”. Stosowanie metod genetycznych w walce ze szkodnikami ma już swoją kilkudziesięcioletnią historię. „Jedną z najpopularniejszych (metod genetycznych – przyp. red.) jest Sterile Insect Technique (SIT), czyli wypuszczanie do środowiska sterylnych owadów” – mówi dr Zalewski. „Pionierem w tej dziedzinie był entomolog Edward Knipling. Przeprowadzał on eksperymenty polowe z wykorzystaniem bezpłodnych samców uzyskanych poprzez naświetlanie promieniowaniem jonizującym. Samice kopulujące ze sterylnymi samcami, nie wydają potomstwa. Uwolnienie odpowiedniej liczby bezpłodnych samców, w kilka pokoleń może doprowadzić do wyniszczenia populacji szkodnika w danym rejonie. Istnieje szereg przykładów wykorzystania sterylnych owadów w walce z groźnymi owadami. W latach 60-tych ubiegłego wieku udało się skutecznie wyeliminować w Ameryce Północnej groźnego pasożyta zwierząt gospodarskich – muchę śrubową. Stosowanie sterylnych owadów uzyskanych poprzez napromieniowanie ma pewne wady. Bezpłodne samce powinny charakteryzować się dużą żywotnością, tak by z powodzeniem konkurowały o samice z dzikimi osobnikami. Stosowanie promieniowania jonizującego jest metodą mało precyzyjną, powoduje powstawanie tysięcy nieprzewidywalnych mutacji w genomie, co może negatywnie wpłynąć na wigor osobników. Uzyskanie odpowiedniej jakości samców jest bardzo trudne, a czasami wręcz niemożliwe”. Stosowanie wysoce skutecznej metody SIT wiąże się z jednak ze sporymi kosztami. „By zamierzony efekt utrzymywał się w dłuższym okresie czasu, należy sukcesywnie uwalniać na zagrożonym terenie ogromne ilości sterylnych owadów. Zaleca się także ustanawianie stref buforowych, w których stale wprowadzane są bezpłodne samce, w ten sposób izolując tereny w których udało się usunąć szkodnika.” – podkreśla dr Wojciech Zalewski.

Tymczasem na rynku transgenicznych komarów...

 W 2009 roku, gdy zespół z Imperial College pracował jeszcze w laboratorium, brytyjska firma Oxitec, specjalizująca się w nowoczesnych rozwiązaniach do walki z insektami, poszła o krok dalej i zdążyła przetestować pionierski projekt RIDL (ang. Release of Insects carrying a Dominant Lethal genetic system)  na terytorium Wielkiego Kajmanu, głównej wyspy archipelagu Kajmanów. Test polegał na wymieszaniu zmodyfikowanych genetycznie samców komarów z rodzaju Aedes aegypti (odpowiedzialnych za rozprzestrzenianie innej groźnej choroby tropikalnej, dengi) z lokalną populacją, i przekazaniu powstałemu potomstwu letalnego genu, którego obecność powoduje śmierć osobnika zanim osiągnie stadium dorosłego owada. Wypuszczenie ponad 3 milionów transgenicznych komarów zredukowało liczebność populacji Wielkiego Kajmanu o 80%. Pomimo fali krytyki, jaka spłynęła wtedy na pomysłodawców projektu, dziś Oxitec reklamuje szczep OX513A (bo o nim mowa) jako środek do wytępienia komarów roznoszących dengę. W ofercie firmy znalazły się też inne szczepy, opracowane do walki z żółtą febrą i chorobą Chikungunya. Na drodze do sukcesu komercyjnego została już tylko akceptacja Narodowej Agencji ds. Opieki Zdrowotnej, która umożliwi legalną sprzedaż tych osobliwych produktów.

Potencjał metody naukowców z Imperial College London

„Nowatorska metoda, którą zastosowali naukowcy z Imperial College London nie wiąże się z wytwarzaniem sterylnych osobników, a więc w mojej opinii nie można jej klasyfikować jako technikę SIT.” – komentuje doniesienie z Anglii dr Wojciech Zalewski. „Znaczącą różnicą takiego podejścia w porównaniu do technologii SIT, a przemawiającym na jego korzyść, jest to, że owady są płodne. Larwy osiągają stadium dojrzałego osobnika, zdolnego do krzyżowania się z dzikimi samicami. Znaczące zachwianie stosunku płci na korzyść samców powoduje szybkie ograniczenie liczebności całej populacji (potwierdzają to wykonane doświadczenia w laboratorium).”

Rzeczywiście, metoda wydaje się być bardzo obiecująca. Niewątpliwym plusem tej techniki jest fakt, że wprowadzenie transgenicznych osobników o zachowanej płodności pozwala na osiągnięcie  długofalowego efektu przy niewielkim wkładzie początkowym (samopodtrzymujący się system). Jednak medal ma zawsze dwie strony. „W związku z tym, że czas >>trwania<< transgenu w środowisku, przynajmniej teoretycznie, będzie wydłużony, może to wzbudzać dodatkowe kontrowersje. W tym przypadku należy dodatkowo rozważyć ekologiczne skutki uwalniania transgenicznych komarów z genem I-PpoI do środowiska.” – zaznacza nasz ekspert oraz podkreśla, że kontrowersje wokół tematu wynikają m. in. z braku stosownych norm prawnych. „Jedynym czynnikiem, który może w przyszłości ograniczyć wykorzystanie najnowocześniejszych osiągnięć z zakresu biotechnologii owadów jest brak odpowiednich ram prawnych, w przejrzysty sposób regulujących stosowanie transgenicznych owadów w środowisku naturalnym. Naukowcy opracowują metody, które są bardzo obiecujące i stanowią nadzieję dla zagrożonych regionów świata czy rolnictwa. Czy zostaną wykorzystane? O tym najprawdopodobniej zadecydują politycy”.