Genetinė strategija pakeičia atsparumą insekticidams


(Ši istorija buvo pritaikyta UC San Diego spaudai.)

Insekticidai atlieka pagrindinį vaidmenį kovojant su uodų platinamos maliarijos ir kitų ligų, dėl kurių kasmet miršta apie 750 000 žmonių, pasauliniu poveikiu. Šios specifinės vabzdžių cheminės medžiagos, kurių kūrimas ir pateikimas į rinką kainuoja daugiau nei 100 mln.

Tačiau pastaraisiais dešimtmečiais daugelis vabzdžių genetiškai prisitaikė, kad taptų mažiau jautrūs insekticidų poveikiui. Afrikoje, kur ilgalaikiai insekticidais apdoroti lovų tinkleliai ir patalpų purškimas yra pagrindiniai kovos su maliarija ginklai, daugelis uodų rūšių visame žemyne ​​sukūrė atsparumą insekticidams, o tai sumažina šių pagrindinių intervencijų veiksmingumą. Tikimasi, kad kai kuriose srityse klimato kaita šias problemas paaštrins.

Kalifornijos universiteto biologai dabar sukūrė metodą, kuris sumažina atsparumą insekticidams naudojant CRISPR/Cas9 technologiją. Komanda, kurią sudaro UC Santa Barbara mokslininkai Craigas Montellas ir Menglinas Li, UC San Diego mokslininkai Bhagyashree Kaduskar, Raja Kushwah ir profesorius Ethanas Bieris iš UCSD Tata Genetikos ir visuomenės instituto (TIGS) panaudojo genetinio redagavimo įrankį, kad pakeistų insekticidams atsparų geną vaisinėse muselėse įprastu insekticidams jautria forma. Jų pasiekimas, aprašytas Gamtos komunikacijosgalėtų žymiai sumažinti naudojamų insekticidų kiekį.

„Ši strategija galėtų būti naudojama siekiant pakeisti uodų ligų vektorių, platinančių niokojančias ligas, kurios kasmet paveikia šimtus milijonų žmonių, atsparumą“, – sakė Santa Barbaros universiteto molekulinės, ląstelių ir vystymosi biologijos profesorius Craigas Montellas.

„Ši technologija taip pat galėtų būti naudojama siekiant padidinti natūraliai pasitaikančių uodų genetinių variantų, dėl kurių jie tampa atsparūs pernešimo ar maliarijos parazitams, dalį“, – sakė Bier, UCSD ląstelių ir vystymosi biologijos profesorius ir vyresnysis šio straipsnio autorius.

Tyrėjai naudojo modifikuotą genų pavaros tipą – technologiją, kuri naudoja CRISPR/Cas9 genomams nupjauti tikslinėse vietose ir paskleisti specifinius genus visoje populiacijoje. Kai vienas iš tėvų perduoda genetinius elementus savo palikuonims, Cas9 baltymas nupjauna chromosomą iš kito tėvo atitinkamoje vietoje ir genetinė informacija nukopijuojama į tą vietą, kad visi palikuonys paveldėtų genetinį požymį. Naujasis genų diskas apima priedą, kurį Bieris ir jo kolegos anksčiau sukūrė taip, kad būtų pakreipti paprastų genetinių variantų (taip pat žinomų kaip aleliai) paveldėjimas, tuo pačiu metu pašalinant nepageidaujamą genetinį variantą (pvz., atsparų insekticidams). ir pakeičiant jį pageidaujamu variantu (pvz., jautrus insekticidams).

Naujajame tyrime mokslininkai naudojo šią „alelio varo“ strategiją, kad atkurtų genetinį jautrumą insekticidams, panašiai kaip laukiniai vabzdžiai, kol jie nesukėlė atsparumo. Jie sutelkė dėmesį į vabzdžių baltymą, žinomą kaip įtampos valdomas natrio kanalas (VGSC), kuris yra plačiai naudojamos insekticidų klasės taikinys. Atsparumas šiems insekticidams, dažnai vadinamas atsparumu numušimui arba “kdr,“ atsiranda dėl mutacijų vgsc genas, kuris nebeleidžia insekticidui prisijungti prie jo VGSC baltymo tikslo. Autoriai pakeitė atsparų kdr mutacija su įprastu natūraliu atitikmeniu, kuris yra jautrus insekticidams.

Pradedant nuo gyventojų, kuriuos sudaro 83 proc. kdr (atsparūs) aleliai ir 17% normalių alelių (jautri insekticidams), alelinė pavaros sistema per 10 kartų šią proporciją pakeitė iki 13% atsparių ir 87% laukinio tipo. Bier taip pat pažymi, kad adaptacijos, suteikiančios atsparumą insekticidams, turi evoliucinių išlaidų, todėl tie vabzdžiai mažiau tinka darvino prasme. Taigi, sujungus genų pavarą su selektyviniu labiau tinkančio laukinio tipo genetinio varianto pranašumu, gaunama labai efektyvi ir bendradarbiaujanti sistema, sako jis.

Apdorojant laukus insekticidais atsiranda atsparių kenkėjų ir sumažėja naudingųjų vabzdžių įvairovė. Alelinės pavaros gali padėti atkurti jautrumą insekticidams ir subalansuoti natūralų vabzdžių populiacijų lygį.

Nuotraukos kreditas: BIER LAB, UC SAN DIEGO

Panašios alelinės pavaros sistemos gali būti sukurtos ir kitiems vabzdžiams, įskaitant uodus. Šis principo įrodymas prideda naują metodą kenkėjų ir vektorių kontrolės priemonių rinkiniams, nes jis gali būti naudojamas kartu su kitomis strategijomis, siekiant pagerinti insekticidų ar parazitų mažinimo priemones, skirtas maliarijos plitimui sumažinti.

„Taikant šias alelių pakeitimo strategijas, turėtų būti įmanoma pasiekti tokį patį kenkėjų kontrolės laipsnį naudojant daug mažiau insekticidų“, – sakė Bier. „Taip pat turėtų būti įmanoma sukurti savaime pašalinamas alelinių pavarų versijas, kurios yra užprogramuotos veikti tik laikinai populiacijoje, kad padidintų santykinį norimo alelio dažnį ir tada išnyktų. Tokius lokaliai veikiančius alelinius variklius būtų galima pakartotinai pritaikyti, jei reikia, kad padidėtų natūraliai atsirandančio pageidaujamo požymio gausa, o galutinis rezultatas – aplinkoje neliktų GMO.

„Įdomi galimybė yra naudoti alelinius diskus, kad būtų pristatytos naujos VGSC versijos, kurios yra dar jautresnės insekticidams nei laukinio tipo VGSC“, – pasiūlė Montell. „Tai gali leisti į aplinką patekti dar mažesnius insekticidų kiekius, siekiant kontroliuoti kenkėjus ir ligų pernešėjus.

Kiti tyrimo autoriai: Ankush Auradkar (UC San Diego), Annabel Guichard (UC San Diego ir Tata genetikos ir visuomenės institutas), Jared Bennett (UC Berkeley), Alison Henrique Ferreira Julio ir John Marshall (UC Berkeley).

Finansavimas tyrimams buvo suteiktas Tata Trusts Indijoje dovana TIGS-UC San Diego; Nacionaliniai sveikatos institutai (R01GM117321); Paul G. Allen Frontiers Group išskirtinio tyrėjo apdovanojimas; Nacionalinis kurtumo ir kitų komunikacijos sutrikimų institutas (R01-DC007864); ir Nacionalinis alergijos ir infekcinių ligų institutas (AI165575).

Pastaba dėl konkuruojančių interesų: Bier turi akcijų akcijų dviejose bendrovėse, kurias jis įkūrė: Synbal Inc. ir Agragene, Inc., kurioms gali būti naudingi tyrimo rezultatai. Jis taip pat dirba „Synbal“ direktorių valdyboje ir abiejų įmonių mokslinėje patariamojoje taryboje.

!function(f,b,e,v,n,t,s)
{if(f.fbq)return;n=f.fbq=function(){n.callMethod?
n.callMethod.apply(n,arguments):n.queue.push(arguments)};
if(!f._fbq)f._fbq=n;n.push=n;n.loaded=!0;n.version=’2.0′;
n.queue=[];t=b.createElement(e);t.async=!0;
t.src=v;s=b.getElementsByTagName(e)[0];
s.parentNode.insertBefore(t,s)}(window,document,’script’,
‘https://connect.facebook.net/en_US/fbevents.js’);
fbq(‘init’, ‘1655551457923852’);
fbq(‘track’, ‘PageView’);