Ổ đĩa gen là gì? Làm thế nào các nhà khoa học chống lại Mosquitos chết người

Động vật nguy hiểm nhất trên trái đất là gì? Nó có một câu hỏi mang đến cho tâm trí những con sư tử, hổ, cá mập và cá sấu đáng sợ. Nhưng câu trả lời là một con vật dài không quá 1 cm.

Một vài loài muỗi, trong số hàng ngàn loài sống trong các môi trường khác nhau, là loài động vật nguy hiểm nhất trên trái đất. Anophele Muỗi đơn độc, truyền bệnh sốt rét qua vết cắn của chúng và hàng năm lây nhiễm hơn 200 triệu người và chịu trách nhiệm cho 400.000 ca tử vong mỗi năm, trong đó 70% là trẻ em dưới 5 tuổi.

Các loài muỗi khác cũng truyền bệnh - sốt xuất huyết, West Nile và Zika - qua vết cắn của chúng.

Chúng tôi là những nhà di truyền học tại Đại học Hoàng gia ở London, người tập trung vào loài muỗi và vai trò của nó như một véc tơ bệnh tật. Trong hơn 20 năm, chúng tôi đã tập trung vào phát triển những con muỗi bị biến đổi gen. Đó là bởi vì nhiều thập kỷ kiểm soát sốt rét đã dạy chúng ta rằng chiến lược hiệu quả nhất để phòng chống sốt rét là kiểm soát muỗi. Nhiều năm nghiên cứu đã dẫn đến sự phát triển của công cụ di truyền tối ưu và tinh vi có tên là ổ gen gen. Khi được thiết kế chính xác, nó có thể loại bỏ quần thể muỗi nằm trong lồng trong phòng thí nghiệm.

Xem thêm: Hàng triệu Mosas-Ridden Mosquitos được nuôi bởi robot có thể chống lại Zika như thế nào

Chúng tôi chiến đấu với bệnh muỗi-Borne mỗi ngày

Chỉ có muỗi cái cắn người. Họ uống máu người để thu thập chất dinh dưỡng để sản xuất trứng. Nếu muỗi cái bị nhiễm virut hoặc ký sinh trùng, nó sẽ truyền bệnh cho người bị cắn. Sau đó, nếu một con muỗi không bị nhiễm trùng cắn người mới nhiễm bệnh, nó sẽ bắt vi sinh vật và nó cũng sẽ có thể truyền bệnh cho những người khác.

Đối với một căn bệnh như sốt rét, là mối đe dọa đối với gần một nửa dân số thế giới, các sáng kiến ​​y tế công cộng đã sử dụng nhiều phương pháp để nhắm vào chính ký sinh trùng sốt rét, như vắc-xin và thuốc. Các phương pháp khác - bao gồm thuốc trừ sâu, hun trùng, lưới giường và loại bỏ muỗi Môi trường sống - cố gắng giảm tiếp xúc với hoặc số lượng muỗi. Nhưng chúng tôi tin rằng nhắm mục tiêu vào muỗi là cách hiệu quả nhất để giảm các trường hợp sốt rét trên toàn thế giới.

Bây giờ ở Châu Phi, nơi gánh nặng bệnh sốt rét cao nhất, phun thuốc diệt côn trùng trong nhà và ngủ dưới màn ngủ có thuốc trừ sâu, là những cách hiệu quả nhất để giảm nhanh việc truyền bệnh sốt rét. Những biện pháp kiểm soát và can thiệp này đã giúp giảm đáng kể gánh nặng sốt rét ở nhiều nơi. Kể từ năm 2010, tỷ lệ tử vong do sốt rét đã giảm 35% ở trẻ em dưới 5 tuổi.

Tuy nhiên, những phương pháp này không bền vững và chúng cần được thực hiện trên quy mô lớn để đạt được tiềm năng đầy đủ của chúng. Điều này trở nên rõ ràng giữa năm 2014 và 2016, đánh dấu lần đầu tiên kể từ năm 2010, trong đó các ca sốt rét đã gia tăng, phá vỡ xu hướng giảm quan sát được trong những năm trước. Muỗi đang phát triển khả năng kháng thuốc chống sốt rét và thuốc trừ sâu, và chúng ta đang cạn kiệt các lựa chọn và thời gian.

Một cách tiếp cận mới

Để đạt được loại trừ bệnh sốt rét, các nhà nghiên cứu y tế công cộng phải nâng cấp kho vũ khí của chúng tôi. Để tiến tới mục tiêu này, chúng tôi, phòng thí nghiệm Crisanti ở đây tại Imperial College, đã thực hiện một kế hoạch để thực hiện điều đó.

Gần đây, một công nghệ có tên CRISPR đã được phát triển cho phép các nhà khoa học chỉnh sửa DNA với hiệu quả cao. Các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới đang sử dụng CRISPR để sửa đổi DNA muỗi với mục tiêu loại bỏ các bệnh do muỗi truyền, chẳng hạn như sốt rét. Trong phòng thí nghiệm của chúng tôi, chúng tôi đã phát triển những gì có lẽ là sử dụng công nghệ tiên tiến nhất từng được đề xuất. Nó được gọi là ổ gen gen. Đây là loại biến đổi gen có khả năng lan truyền một đặc điểm trong quần thể hoang dã, vượt qua các quy luật di truyền cổ điển.

DNA được truyền từ cha mẹ này, từ thế hệ này sang thế hệ tiếp theo thông qua các quy luật di truyền cổ điển, chỉ được thừa hưởng bởi một nửa thế hệ con của mỗi thế hệ. Điều này giữ cho tần số của biến đổi gen hoặc tính trạng trong quần thể muỗi là như nhau.

Ổ đĩa gen được thừa hưởng bởi hơn 50 phần trăm của thế hệ con cháu. Điều này mang lại cho chúng khả năng tăng dần tần số của một tính trạng so với các thế hệ tiếp theo, đây là một lợi thế so với việc sử dụng tiềm năng của các loài muỗi GM khác.

Đạo đức của việc thay đổi quần thể muỗi hoang dã

Chúng tôi đã thiết kế một ổ gen nhắm vào các gen sinh sản rất cần thiết cho sự phát triển của muỗi cái. Khi những gen này bị phá vỡ, côn trùng cái không thể cắn hoặc sinh con.

Ưu điểm của ổ đĩa gen là chúng ta chỉ có thể nhắm mục tiêu Anophele gambiae loài - một trong những vectơ chính mang mầm bệnh ở châu Phi cận Sahara - mà không ảnh hưởng đến những loài không mắc bệnh.

Khi chúng tôi thử nghiệm công nghệ của chúng tôi trong phòng thí nghiệm, chúng tôi đã có thể truyền bá đặc điểm này đến 100% dân số muỗi trong chuồng. Hậu quả của việc sinh ra muỗi đực bình thường và con cái vô trùng là chúng tôi đã đưa dân số xuống 0 trong vòng sáu tháng.

Đây là lần đầu tiên một dân số bị đàn áp bằng cách sử dụng ổ gen, mặc dù trong phòng thí nghiệm.

Ổ đĩa gen là một công nghệ di truyền nhanh và mạnh mẽ. Khả năng biến đổi quần thể tự nhiên mà không cần sự can thiệp của con người, khiến chúng trở nên lý tưởng để bổ sung các công cụ và phương pháp hiện tại được sử dụng để chống lại các bệnh truyền nhiễm và giảm gánh nặng kinh tế và sinh thái.

Mặc dù việc đàn áp các quần thể muỗi trong phòng thí nghiệm là một thành tựu mang tính bước ngoặt, một bản phát hành thực tế của một ổ gen là ít nhất một thập kỷ trong tương lai.

Bởi vì chúng có thể tự lan rộng và trên các khu vực địa lý có tiềm năng lớn, công nghệ làm tăng mối quan tâm đạo đức tiềm năng đối với việc sử dụng chúng. Ví dụ, ai quyết định khi nào một ổ gen được phát hành nếu không đạt được sự đồng thuận hoàn toàn từ các cộng đồng bị ảnh hưởng bởi nó? Những vấn đề này được tranh luận rộng rãi bởi các nhà khoa học, nhà đạo đức, nhà quản lý và những người có thể bị ảnh hưởng bởi việc sử dụng công nghệ ổ gen.

Tuy nhiên, cộng đồng khoa học đã đạt được tiến bộ lớn so với các phương pháp tiềm năng để bảo vệ công nghệ, bao gồm cả tiềm năng cho các thiết kế sẽ hạn chế sự lây lan của chúng. Quyết định cuối cùng về việc một ổ gen có thể được phát hành trong tự nhiên phải được đưa ra với sự đồng ý của các quốc gia bị ảnh hưởng và cụ thể hơn là các cộng đồng sống chung với các bệnh này mỗi ngày.

Bài viết này ban đầu được xuất bản trên Cuộc trò chuyện của Andrea Crisanti và Kyros Kyrou. Đọc văn bản gôc ở đây.