Professor George Christophides håller i en bur med myggor. Kredit:Imperial College London
Forskare har konstruerat myggor som bromsar tillväxten av malaria-orsakande parasiter i deras tarm, vilket förhindrar överföring av sjukdomen till människor.
Den genetiska modifieringen gör att myggor producerar föreningar i sina tarmar som hämmar tillväxten av parasiter, vilket innebär att de sannolikt inte når myggornas spottkörtlar och förs vidare i ett bett innan insekterna dör.
Hittills har tekniken visat sig dramatiskt minska risken för malariaspridning i en labbmiljö, men om den visar sig vara säker och effektiv i verkliga miljöer kan den erbjuda ett kraftfullt nytt verktyg för att hjälpa till att eliminera malaria.
Innovationen, av forskare från Transmission:Zero-teamet vid Imperial College London, är utformad så att den kan kopplas till befintlig "gene drive"-teknologi för att sprida modifieringen och drastiskt minska malariaöverföringen. Teamet tittar på fältförsök, men kommer att noggrant testa säkerheten för den nya modifieringen innan de kombineras med en gendrivning för verkliga tester.
Samarbetspartners från Institutet för sjukdomsmodellering vid Bill och Melinda Gates Foundation utvecklade också en modell som för första gången kan bedöma effekten av sådana ändringar om de används i en mängd olika afrikanska miljöer. De fann att modifieringen som utvecklats av Transmission:Zero-teamet kan vara ett kraftfullt verktyg för att få ner fall av malaria även där överföringen är hög.
Resultaten av modifieringstekniken i labbet och modelleringen publiceras idag i Science Advances .
Fördröjande av parasitutveckling
Malaria är fortfarande en av världens mest förödande sjukdomar och riskerar ungefär hälften av världens befolkning. Bara under 2021 infekterade den 241 miljoner och dödade 627 000 människor, de flesta barn under fem år i Afrika söder om Sahara.
Medförstaförfattaren till studien Dr. Tibebu Habtewold, från Institutionen för livsvetenskaper vid Imperial, säger att "sedan 2015 har framstegen i att bekämpa malaria avstannat. Myggor och parasiter de bär på blir resistenta mot tillgängliga ingrepp som insekticider och behandlingar, och finansieringen har planat ut. Vi måste utveckla innovativa nya verktyg."
Sjukdomen överförs mellan människor efter att en mygghona bitit någon som är infekterad med malariaparasiten. Parasiten utvecklas sedan till sitt nästa stadium i myggans tarm och reser till dess spottkörtlar, redo att infektera nästa person som myggan biter.
Men bara cirka 10 % av myggorna lever tillräckligt länge för att parasiten ska utvecklas tillräckligt långt för att vara smittsam. Teamet strävade efter att förlänga oddsen ytterligare genom att förlänga tiden det tar för parasiten att utvecklas i tarmen.
Transmission:Zero-teamet genetiskt modifierade den huvudsakliga malariabärande myggarten i Afrika söder om Sahara:Anopheles gambiae. De kunde göra det så att när myggan tar en blodmåltid, producerar den två molekyler som kallas antimikrobiella peptider i sina tarmar. Dessa peptider, som ursprungligen isolerades från honungsbin och afrikanska grodor, försämrar malariaparasitens utveckling.
Detta orsakade några dagars försening innan nästa parasitstadium kunde nå myggans spottkörtlar, då de flesta myggor i naturen förväntas dö. Peptiderna verkar genom att störa parasitens energiomsättning, vilket också har viss effekt på myggan, vilket gör att de får en kortare livslängd och ytterligare minskar deras förmåga att överföra parasiten.
Medförfattare till studien Astrid Hoermann, från Institutionen för livsvetenskaper vid Imperial, säger att "i många år har vi utan resultat försökt göra myggor som inte kan infekteras av parasiten eller som kan rensa alla parasiter med sitt immunförsvar. Att fördröja parasitens utveckling inuti myggan är ett konceptuellt skifte som har öppnat många fler möjligheter att blockera malariaöverföring från myggor till människor."
Skicka ändringen
För att använda den genetiska modifieringen för att förhindra spridning av malaria i den verkliga världen, måste den spridas från laboratorieuppfödda myggor till vilda. Normal korsning skulle sprida det till en viss grad, men eftersom modifieringen har en "fitnesskostnad" i form av minskad livslängd, skulle den sannolikt snabbt elimineras tack vare naturligt urval.
Gendrift är ett ytterligare genetiskt knep som kan läggas till myggor som skulle göra att den genetiska modifieringen mot parasiten i första hand ärvs, vilket gör att den sprids mer allmänt bland alla naturliga populationer.
Eftersom den här strategin är så ny skulle den kräva extremt noggrann planering för att minimera riskerna innan fältförsök. Transmission:Zero-teamet skapar därför två separata men kompatibla stammar av modifierade myggor – en med antiparasitmodifieringen och en med gendrivningen.
De kan sedan testa antiparasitmodifieringen på egen hand först, bara lägga till gendriften när den har visat sig vara effektiv.
Medförfattaren Dr. Nikolai Windbichler, från Institutionen för livsvetenskaper vid Imperial, säger att de "nu siktar på att testa om denna modifiering kan blockera malariaöverföring inte bara genom att använda parasiter som vi har fött upp i labbet utan också från parasiter som har infekterade människor. Om detta visar sig vara sant, kommer vi att vara redo att ta detta till fältförsök inom de kommande två till tre åren."
Ännu ett vapen i arsenalen
Med partners i Tanzania har teamet skapat en anläggning för att generera och hantera genetiskt modifierade myggor och genomföra några första tester. Dessa inkluderar insamling av parasiter från lokalt infekterade skolbarn, för att säkerställa att modifieringen motverkar parasiter som cirkulerar i relevanta samhällen.
De riskerar också att bedöma eventuella potentiella utsläpp av modifierade myggor, ta hänsyn till eventuella faror och se till att de har inköp från lokalsamhället. Men de är hoppfulla att deras ingripande i slutändan kan hjälpa till att utrota malaria.
Medförfattare professor George Christophides, från institutionen för livsvetenskaper vid Imperial, säger att "historien har lärt oss att det inte finns någon silverkula när det gäller malariakontroll, så vi måste använda alla de vapen vi har på vår disposal and generate even more. Gene drive is one such very powerful weapon that in combination with drugs, vaccines and mosquito control can help stop the spread of malaria and save human lives." + Utforska vidare
