NIH finanțează cercetări în genetica țânțarilor pentru a reduce răspândirea bolilor mortale
Bacteriile transmise de țânțari, inclusiv virusurile Zika, febra galbenă și alte boli, au un impact grav și global asupra sănătății umane.
Organizația Mondială a Sănătății a avertizat că jumătate din populația globală este expusă riscului de dengue, cu între 100 de milioane și 400 de milioane de infecții anual. Centrele pentru Controlul și Prevenția Bolilor au estimat că în 2023 au fost mai mult de 260 de milioane de cazuri de malarie și aproape 600.000 de decese în 83 de țări.
Pentru a îmbunătăți înțelegerea științifică a agenților patogeni implicați și pentru a începe să abordeze aceste provocări, Institutul Național de Sănătate, prin Institutul de Alergii și Boli Infecțioase, a acordat recent două granturi în valoare totală de peste 2,8 milioane de dolari lui Jason Rasgon, profesor de entomologie și epidemiologie a bolilor la Penn State. Dacă proiectele vor avea succes, a declarat Rasgon, acestea ar putea reduce barierele tehnice pentru cercetătorii care studiază genetica țânțarilor și, în cele din urmă, ar putea permite descoperiri noi care ar putea ajuta la inhibarea răspândirii agenților patogeni periculoși.
„Sperăm să construim instrumente care să facă manipularea genetică a țânțarilor – și, potențial, a altor artropode – ușoară în laboratoare”, a spus Rasgon. „Deși cele două proiecte adoptă abordări diferite, ambele se bazează pe aceeași idee: utilizarea instrumentelor moderne de biologie genetică și sintetică pentru a introduce trăsături dorite în țânțari individuali și, potențial, în populațiile de țânțari.”
Primul grant se va concentra pe dezvoltarea unui sistem de modelare pentru a înțelege mai bine modul în care bacteriile stabilesc simbioza cu țânțarii, printre alte întrebări de investigație. Grantul se bazează pe lucrările anterioare efectuate în laboratorul lui Rasgon, care au fost susținute de un grant Huck Innovative & Transformational Seed Fund și s-au concentrat pe înțelegerea interacțiunilor genetice din relațiile simbiotice.
Proiectul se inspiră din Wolbachia, un tip de bacterie simbiotică care trăiește într-o gazdă și oferă protecție antivirală. În prezent, a explicat Rasgon, Wolbachia este folosită pentru a controla bolile transmise de vectori, cum ar fi virusul dengue, deoarece țânțarii femele infectați cu Wolbachia au o capacitate redusă de a transmite agenți patogeni, iar dacă un mascul purtător al bacteriei se împerechează cu o femelă fără aceasta, ouăle acelei femele nu vor ecloza.
„În unele zone, aceasta pare să funcționeze, dar în altele nu, în principal deoarece relația simbiotică se destramă”, a spus Rasgon. „Avem o înțelegere slabă a fenomenelor biologice care stau la baza evoluției și menținerii simbiozei, deoarece Wolbachia nu poate fi manipulat sau proiectat. Prin urmare, dezvoltăm un sistem de modelare în care toate aspectele relației simbiotice pot fi manipulate și alterate după bunul plac pentru a înțelege forțele care conduc aceste dinamici.”
În noul proiect, Rasgon și colaboratorii săi vor încerca să construiască o relație simbiotică artificială care va fi mai ușor și mai flexibil de utilizat pentru cercetători decât endosimbiotii naturali – organisme extrem de specializate care trăiesc în interiorul corpului sau celulelor altor organisme și oferă nutrienți esențiali gazdelor.
„Un sistem de modelare, în care putem manipula și altera fiecare aspect al interacțiunii, ne permite să identificăm și să testăm factorii care stau la baza dezvoltării simbiozei”, a spus Rasgon.
Folosind tehnici din biologia sintetică, o abordare interdisciplinară care aplică principii de inginerie pentru a dezvolta noi tipuri de procese și structuri biologice, cercetătorii intenționează să modifice mai întâi E. coli pentru a afișa o mică piesă de proteină numită peptidă pe suprafața sa. Această peptidă va acționa ca o etichetă care va permite ouălor de țânțar în dezvoltare să recunoască bacteria și să permită intrarea acesteia. Echipa plănuiește apoi să creeze o dependență nutrițională între țânțar și bacterie prin inginerie genetică, astfel încât țânțarii să nu poată produce suficientă vitamină B6 pe cont propriu, iar bacteriile să poată furniza nutrienții lipsă.
Dacă va avea succes, a spus Rasgon, acest lucru ar stabili o relație stabilă, moștenită între insecte și microbii proiectați. Un astfel de sistem ar oferi oamenilor de știință un nou model pentru studierea biologiei și evoluției simbiozei, oferind perspective asupra modului în care parteneriatele microbiene benefice apar și persistă în natură. Pe termen lung, platforma ar putea informa dezvoltarea unor strategii noi de control al bolilor.
În al doilea proiect finanțat, echipa va folosi un virus care infectează în mod natural insectele, dar care este inofensiv pentru oameni și alte vertebrate, pentru a livra în țânțar o mică încărcătură capabilă să inițieze modificări genetice.
Laboratorul lui Rasgon a dezvoltat anterior și a demonstrat tehnica ReMOT Control, o metodă care permite editarea genelor prin livrarea țintită a tehnologiei CRISPR în ovarele țânțarilor. Deși ReMOT Control s-a dovedit extrem de util pentru ștergerea genelor, a spus Rasgon, a fost, de asemenea, provocator să folosească tehnica pentru a insera material genetic nou. În acest nou proiect, se va investiga dacă virusul poate pătrunde în țesuturile țânțarilor și poate livra „cargo” molecular capabil să modifice genomul țânțarului.
Laboratorul lui Rasgon își propune să permită virusului să livreze un cargo de editare a genelor care conține instrucțiuni pentru trăsături specifice dorite în ovarele țânțarilor. Vor testa dacă virusul poate crea modificări genetice moștenibile, ceea ce înseamnă că urmașii țânțarilor vor manifesta trăsăturile genetice dorite de la naștere, fără a necesita expunere suplimentară la virus. Vor testa, de asemenea, dacă virusul poate fi modificat pentru a induce rezultate reproductive genetice similare cu cele ale Wolbachia, cu un control mai precis. Dacă va avea succes, a spus Rasgon, rezultatul va fi o platformă ajustabilă capabilă să ajute cercetătorii să investigheze și, potențial, să manipuleze interacțiunile moleculare specifice ale transmiterii agenților patogeni de către țânțari.
