Cosa sono le unità genetiche? Come gli scienziati combattono contro le zanzare mortali

Qual è l'animale più letale sulla terra? È una domanda che richiama alla mente temibili leoni, tigri, squali e coccodrilli. Ma la risposta è un animale lungo non più di 1 centimetro.

Alcune specie di zanzare, tra le migliaia che popolano diversi ambienti, sono gli animali più mortali sulla terra. Anofele solo le zanzare, trasmettono la malaria attraverso il morso e ogni anno infettano oltre 200 milioni di persone e sono responsabili di 400.000 morti all'anno, di cui il 70% sono bambini di età inferiore ai 5 anni.

Altre specie di zanzare trasmettono anche malattie - dengue, Nilo occidentale e Zika - attraverso il loro morso.

Siamo genetisti dell'Imperial College di Londra che si concentrano sulla zanzara e sul suo ruolo di vettore di malattia. Per più di 20 anni ci siamo concentrati sullo sviluppo di zanzare manipolate geneticamente. Questo perché decenni di controllo della malaria ci hanno insegnato che la strategia più efficace per prevenire la malaria è controllare la stessa zanzara. Anni di ricerca hanno portato allo sviluppo di uno strumento genetico definitivo e sofisticato chiamato "gene drive". Se correttamente progettato, è in grado di eliminare le popolazioni di zanzare ospitate in gabbie in laboratorio.

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Combattiamo ogni giorno le malattie trasmesse dalle zanzare

Solo le zanzare femmine mordono gli umani. Bevono sangue umano per raccogliere nutrienti per produrre le loro uova. Se la zanzara femmina è infettata da un virus o da un parassita, trasmetterà l'infezione alla persona morsa. Più tardi, se una zanzara non infetta morde l'uomo appena infetto, raccoglierà il microrganismo e anch'esso sarà in grado di diffondere la malattia ad altri individui.

Per una malattia come la malaria, che rappresenta una minaccia per quasi la metà della popolazione mondiale, le iniziative di sanità pubblica hanno utilizzato una varietà di metodi per colpire il parassita della malaria stesso, come vaccini e droghe. Altri metodi - compresi i pesticidi, la fumigazione, le zanzariere e la rimozione degli habitat delle zanzare - si sforzano di ridurre il contatto con, o il numero di zanzare. Ma crediamo che prendere di mira la zanzara sia il modo più efficace per ridurre i casi di malaria in tutto il mondo.

Ora in Africa, dove il carico di malaria è più alto, spruzzare insetticidi in ambienti chiusi e dormire sotto reti a letto insetticida, sono i modi più efficaci per ridurre rapidamente la trasmissione della malaria. Queste misure di controllo e interventi hanno contribuito a ridurre drasticamente il carico di malaria in molti luoghi. Dal 2010 i tassi di mortalità causati dalla malaria sono diminuiti del 35% tra i bambini di età inferiore ai 5 anni.

Questi metodi, tuttavia, non sono sostenibili e devono essere implementati su larga scala per raggiungere il loro pieno potenziale. Questo è diventato evidente tra il 2014 e il 2016, che ha segnato la prima volta dal 2010 in cui i casi di malaria sono aumentati, rompendo la tendenza al declino osservata negli anni precedenti. Le zanzare stanno sviluppando una resistenza ai farmaci antimalarici e agli insetticidi e stiamo esaurendo le opzioni e il tempo.

Un nuovo approccio

Per ottenere l'eradicazione della malaria, i ricercatori della sanità pubblica devono aggiornare il nostro arsenale. Per raggiungere questo obiettivo noi, il laboratorio Crisanti qui all'Imperial College, abbiamo lavorato su un piano per fare proprio questo.

Recentemente, è stata sviluppata una tecnologia chiamata CRISPR che consente agli scienziati di modificare il DNA con grande efficienza. I ricercatori di tutto il mondo stanno utilizzando CRISPR per modificare il DNA delle zanzare con l'obiettivo di eliminare le malattie trasmesse dalle zanzare, come la malaria. Nel nostro laboratorio, abbiamo sviluppato quello che è forse l'uso più avanzato della tecnologia mai proposta. Si chiama "gene drive". Questo tipo di modifica genetica ha la capacità di diffondere un tratto in una popolazione selvatica, annullando le leggi classiche dell'ereditarietà.

Il DNA trasmesso da un genitore, di generazione in generazione, attraverso le leggi classiche dell'ereditarietà, è ereditato solo dalla metà della progenie di ciascuna generazione. Ciò mantiene la stessa frequenza di quella modificazione genetica o caratteristica nella popolazione delle zanzare.

Le unità genetiche sono ereditate da più del 50 percento della progenie. Questo dà loro la possibilità di aumentare progressivamente la frequenza di un tratto nelle generazioni successive, il che rappresenta un vantaggio rispetto all'uso potenziale di altre zanzare GM.

Etica di alterazione delle popolazioni di zanzare selvatiche

Abbiamo progettato un gene drive che mira ai geni della fertilità che sono essenziali per lo sviluppo della zanzara femmina. Quando questi geni vengono distrutti, l'insetto femmina non è in grado di mordere o produrre prole.

Il vantaggio delle unità genetiche è che possiamo scegliere come target solo il Anopheles gambiae specie - uno dei vettori primari che portano la malattia nell'Africa sub-sahariana - senza influenzare quelli che non lo fanno.

Quando abbiamo testato la nostra tecnologia in laboratorio, siamo riusciti a diffondere questa caratteristica al 100% della popolazione di zanzare nelle gabbie. La conseguenza di produrre normali zanzare maschili e femmine sterili fu che portammo la popolazione a zero in sei mesi.

Questa è la prima volta che una popolazione è stata soppressa usando un gene drive, anche se in laboratorio.

L'azionamento del gene è una tecnologia genetica rapida e potente. La capacità di trasformare le popolazioni naturali senza un intervento umano costante, le rende ideali per integrare gli attuali strumenti e metodi usati per combattere le malattie infettive e ridurre il loro onere economico ed ecologico.

Anche se la soppressione delle popolazioni di zanzara in gabbia in laboratorio è un traguardo importante, un effettivo rilascio sul campo di un gene drive è almeno di un decennio nel futuro.

Poiché possono diffondersi da soli e su aree geografiche potenzialmente vaste, la tecnologia solleva potenziali preoccupazioni etiche sul loro uso. Ad esempio, chi decide quando viene rilasciato un gene drive se non viene raggiunto il pieno consenso delle comunità interessate? Queste questioni sono ampiamente dibattute da scienziati, etici, regolatori e coloro che potrebbero essere interessati dall'uso della tecnologia di guida dei geni.

Ciononostante, la comunità scientifica ha fatto grandi progressi rispetto ai potenziali metodi per salvaguardare la tecnologia, compreso il potenziale per i progetti che ne limiterebbero la diffusione. La decisione finale sul fatto che un gene drive possa essere rilasciato in natura deve essere presa con il consenso dei paesi colpiti e in particolare delle comunità che vivono con queste malattie ogni giorno.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation di Andrea Crisanti e Kyros Kyrou. Leggi l'articolo originale qui.