Может ли это означать конец комаров?
Исследователи использовали редактирование гена CRISPR/Cas9 для нацеливания на конкретный ген, связанный с фертильностью у самцов комаров.
Затем исследователи смогли понять, как эта мутация может подавлять плодовитость самок комаров.
Комары являются одним из величайших врагов человечества, которые, по оценкам, заражают почти 700 миллионов человек в год и вызывают более одного миллиона смертей.
Как сообщается в Proceedings of the National Academy of Sciences, это открытие представляет собой прорыв в методе борьбы с популяциями комаров Aedes aegypti, переносчиков лихорадки денге, желтой лихорадки, Зика и других вирусов.
Крейг Монтелл, профессор молекулярной, клеточной биологии и биологии развития Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, и его соавторы работали над усовершенствованием метода борьбы с переносчиками, называемого методом стерильных насекомых (SIT). Чтобы управлять популяциями, ученые выращивают много стерильных самцов насекомых. Затем они выпускают этих самцов в количестве, превосходящем их диких собратьев.
Идея состоит в том, что самки, которые спариваются со стерильными самцами до того, как находят плодовитого, сами становятся бесплодными, тем самым уменьшая размер следующего поколения. Повторение этой техники несколько раз может привести к падению популяции. Более того, поскольку каждое поколение меньше, чем предыдущее, выпуск одинакового количества стерильных самцов имеет более сильный эффект с течением времени.
CRISPR - ЛУЧШАЯ АЛЬТЕРНАТИВА ХИМИКАТАМ
МСН доказала свою эффективность в борьбе с рядом сельскохозяйственных вредителей, в том числе средиземноморской плодовой мухой, основным вредителем в Калифорнии. Это также было предпринято с комарами A. aegypti, которые возникли в Африке, но с тех пор стали инвазивными во многих частях мира, в немалой степени из-за изменения климата и глобальных путешествий.
В прошлом ученые использовали химикаты или радиацию для стерилизации самцов A. aegypti.
«Существует достаточное количество генов, влияющих на фертильность, поэтому просто случайный подход к уничтожению большого количества генов приведет к бесплодию самцов», - говорит Монтелл. Однако химические вещества или радиация повлияли на здоровье животных до такой степени, что они стали менее успешными в спаривании с самками, что подрывает эффективность метода стерилизации насекомых.
Montell полагал, что должен быть более целенаправленный подход с меньшим побочным ущербом. Он и его коллеги, в том числе соавторы Jieyan Chen и Junjie Luo, намеревались мутировать ген у комаров, который вызывал мужское бесплодие, не влияя при этом на здоровье насекомых. Лучшим кандидатом, который они нашли, был b2-тубулин (B2t); Известно, что мутация родственного гена B2t у плодовых мушек вызывает мужское бесплодие.
Используя CRISPR/Cas9, исследователи нокаутировали B2t у самцов A. aegypti. Они обнаружили, что самцы-мутанты не производили сперму, но, в отличие от предыдущих попыток, стерильные производители были полностью здоровы. Были некоторые споры о том, необходима ли сперма - хотя и дефектная сперма стерильных самцов - для того, чтобы сделать самок комаров бесплодными, или же достаточно было переливания семенной жидкости.
В одном эксперименте исследователи поместили 15 самцов-мутантов в группу из 15 самок на 24 часа. Затем они заменили самцов B2t на 15 самцов дикого типа и оставили их там. «По сути, все самки остались бесплодными», - говорит Монтелл. Это подтвердило, что самцы B2t могут подавлять женскую фертильность, не производя сперматозоидов.
«КАЖДЫЙ ГОД ПРОИСХОДИТ ПАНДЕМИЯ ЗАБОЛЕВАНИЙ, ПЕРЕНОСИМЫХ КОМАРАМИ».
Далее команда решила определить, как время сыграло свою роль. Они подвергали самок воздействию самцов-мутантов в течение разного времени. Ученые заметили небольшую разницу через 30 минут, но после этого женская фертильность быстро снизилась. Монтелл отмечает, что самки совокупляются в среднем дважды даже в течение первых 10 минут. Это указывало ему на то, что самки должны спариваться со многими бесплодными самцами, прежде чем сами станут бесплодными.
Сочетание самок с самцами B2t в течение четырех часов снижает фертильность самок до 20% от нормального уровня. Через восемь часов цифры начали выравниваться примерно на 10%.
СПЕКТИРОВКА КОМАРОВ
Используя информацию, полученную в результате испытаний на время, команда стремилась аппроксимировать SIT в более естественных условиях. Они добавили различные соотношения B2t и самцов дикого типа одновременно к популяции из 15 самок в течение одной недели и зафиксировали фертильность самок. Соотношение примерно 5 или 6 стерильных самцов на одного самца дикого типа снижало фертильность самок вдвое. Соотношение 15 к 1 подавляло рождаемость примерно до 20%, где она выравнивалась.
Теперь популяции Aedes aegypti могут легко оправиться от 80-процентного падения рождаемости, говорит Монтелл. Успех МСН обусловлен последующим, последовательным выпуском стерильных самцов, где каждый выпуск будет более эффективным, чем предыдущий, поскольку стерильные самцы составляют постоянно растущую долю популяции.
Montell планирует продолжить изучение брачного поведения и плодовитости комаров. Они разрабатывают способ поддерживать запасы самцов B2t, чтобы они были стерильны только в дикой природе, а не в лаборатории. Кроме того, они характеризуют брачное поведение самцов, чтобы открыть новые способы подавления популяций комаров.
«Мы очень заинтересовались изучением многих аспектов поведения Aedes aegypti, потому что эти комары влияют на здоровье очень многих людей», - говорит Монтелл, который провел много исследований с использованием плодовых мушек в прошлое.«Каждый год возникает пандемия болезней, переносимых комарами».
«Когда CRISPR/Cas9 появился несколько лет назад, он просто предложил новые возможности делать то, что вы не могли делать раньше. Итак, нам показалось, что пришло время начать работу над Aedes aegypti ».
Источник: Калифорнийский университет в Санта-Барбаре. Оригинальное исследование DOI: 10.1073/pnas.2105075118
Перепечатано с разрешения Futurity. Прочитайте оригинальную статью.