שינוי גנטי מונע מיתושים להפיץ מלריה

יתושים הורגים יותר אנשים בכל שנה מכל בעל חיים אחר. בשנת 2023, חרקים מוצצי דם אלה הדביקו כ-263 מיליון בני אדם במלריה, מה שהוביל לכמעט 600,000 מקרי מוות, מתוכם 80% ילדים.

מאמצים אחרונים לעצור את העברת המלריה נתקעו כיוון שיתושים פיתחו עמידות לקוטלי חרקים והטפילים הגורמים למלריה הפכו עמידים לתרופות. מכשולים אלה החמירו עקב מגפת הקורונה, אשר סיבכה את מאמצי בקרת המלריה המתמשכים.

כעת, חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו, אוניברסיטת ג'ונס הופקינס, אוניברסיטת קליפורניה בברקלי ואוניברסיטת סאו פאולו פיתחו שיטה חדשה שחוסמת גנטית את יכולתם של יתושים להעביר מלריה.

הביולוגים ז'יקיאן לי ואית'ן ביר מאוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו, ויואמיי דונג וג'ורג' דימופולוס מאוניברסיטת ג'ונס הופקינס יצרו מערכת עריכת גנים מבוססת CRISPR שמשנה מולקולה בודדת בגוף היתוש - שינוי זעיר אך יעיל שעוצר את העברת טפיל המלריה. יתושים מהונדסים גנטית עדיין יכולים לנשוך אנשים נגועים ולאסוף את הטפיל מדמם, אך הם אינם יכולים עוד להעביר אותו לאנשים אחרים. המערכת החדשה נועדה להפיץ גנטית את תכונת העמידות למלריה עד שאוכלוסיות שלמות של חרקים אלה לא יישאו עוד את הטפיל.

"שינוי חומצת אמינו אחת ביתוש בחומצה אמינית אחרת המופיעה באופן טבעי ומפריעת לזיהום על ידי טפיל המלריה - והפצת המוטציה המועילה הזו בכל אוכלוסיית היתושים - היא פריצת דרך אמיתית", אמר בייר, פרופסור במחלקה לביולוגיה של תאים והתפתחות בבית הספר למדעי הביולוגיה של אוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו. "קשה להאמין ששינוי כה קטן יכול להיות בעל השפעה כה דרמטית".

המערכת החדשה משתמשת ב-CRISPR-Cas9 כ"מספריים גנטיות" ומכוונת RNA לביצוע חיתוך באזור מדויק בגנום היתוש. לאחר מכן, היא מחליפה חומצת אמינו לא רצויה המסייעת בהעברת מלריה בחומצה מועילה שמפריעה לתהליך.

המערכת מכוונת לגן המקודד לחלבון המכונה FREP1. חלבון זה מסייע ליתושים להתפתח ולהיזון מדם כשהם נושכים. המערכת החדשה מחליפה את חומצת האמינו L224 ב-FREP1 באלל אחר, Q224. הטפילים משתמשים ב-L224 כדי להגיע לבלוטות הרוק של החרק, שם הם מתכוננים להדביק פונדקאי חדש.

דימופולוס, פרופסור במחלקה למיקרוביולוגיה מולקולרית ואימונולוגיה וחבר במכון לחקר מלריה בבית הספר לבריאות הציבור ג'ונס הופקינס בלומברג, ומעבדתו בדקו זנים של יתושי אנופלס סטפנסי, הווקטור העיקרי של מלריה באסיה. הם מצאו שהחלפת L224 ב-Q224 חסמה ביעילות שני סוגים שונים של טפילי מלריה מלהיכנס לבלוטות הרוק, ובכך מנעה זיהום.

"היופי בגישה זו הוא שאנו משתמשים באלל טבעי של גן יתוש. בעזרת שינוי מדויק אחד, אנו הופכים אותו למגן רב עוצמה החוסם מינים מרובים של טפילי מלריה - וסביר להניח באוכלוסיות ומינים שונים של יתושים. זה פותח דלת לאסטרטגיות בקרת מחלות גמישות ובעלות יכולת הגשמה אמיתית",
אמר ג'ורג' דימופולוס.

בבדיקות עוקבות, החוקרים גילו כי בעוד שהשינוי הגנטי מנע מהטפיל להדביק את הגוף, הגדילה והרבייה של היתושים לא הושפעו. יתושים עם הגרסה החדשה של Q224 היו ברי-קיימא כמו יתושים עם חומצת האמינו המקורית L224 - הישג חשוב, בהתחשב בכך שחלבון FREP1 ממלא תפקיד חשוב בביולוגיה של היתושים, ללא קשר לתפקידו בהעברת מלריה.

בדומה למערכת "הנעה הגנטית", החוקרים פיתחו שיטה המאפשרת לצאצאי יתושים לרשת את האלל Q224 ולהפיץ אותו באוכלוסייה, ובכך לעצור את העברת טפילי המלריה. מערכת "הנעה אללית" חדשה זו עוקבת אחר מערכת דומה שפותחה לאחרונה במעבדה של ביר, אשר הופכת גנטית את העמידות לחומרי הדברה במזיקים חקלאיים.

"במחקר הקודם, יצרנו מנוע סיום עצמי שמחזיר את אוכלוסיית זבובי הפירות מעמידות לקוטלי חרקים לרגישות. לאחר מכן, אלמנט הקסטה הגנטית הזה פשוט נעלם, ומשאיר רק אוכלוסייה 'פראית'", הסביר ביר. "מערכת רפאים דומה יכולה להמיר אוכלוסיות יתושים לשאת את הגרסה העמידה לטפילים של FREP1Q."

למרות שהחוקרים הראו כי החלפת L224 ב-Q224 יעילה, הם עדיין לא מבינים לחלוטין מדוע שינוי זה פועל בצורה כה יעילה. מחקרים נוספים נערכים כדי לקבוע בדיוק כיצד חומצת האמינו Q224 חוסמת את נתיב הכניסה של הטפיל.

"פריצת דרך זו היא תוצאה של עבודת צוות וחדשנות ללא דופי בין מוסדות מדעיים", הוסיף דימופולוס. "יחד, השתמשנו בכלים הגנטיים של הטבע כדי להפוך יתושים לבעלי ברית במאבק נגד מלריה."

המחקר פורסם בכתב העת Nature.