Оригинал материала
Комары против лихорадки
Сотни миллионов людей во всем мире треплет лихорадка, и справиться с ней пока не удается. От вирусов денге, Зика и чикунгунья лекарств нет. Специалисты пытались бороться с переносчиками инфекции — комарами желтолихорадочными Aedes aegypti, осушая водоемы, где живут их личинки, но тоже безрезультатно. Комары продолжают докучать, а список передаваемых ими заболеваний непрерывно пополняется.
Может быть, проблему удастся решить, если использовать этих кровососов против них самих? В настоящее время специалисты активно разрабатывают эту идею в двух направлениях [1]. Первый подход предполагает создание трансгенных комаров — носителей летального гена. Этот ген будет передаваться потомкам, которые погибнут, не достигнув зрелости. Второй подход позволяет не сокращать популяцию, а заменить диких насекомых комарами, не способными передавать инфекцию.
Ликвидаторы
В начале XXI века генетики Оксфордского университета под руководством профессора Люка Алфея (Luke Alphey) получили трансгенную линию комаров A. aegypti OX513A. Линия содержит летальный ген tTAV (вариант активатора транскрипции, подавляемый тетрациклином). В лаборатории личинки комаров развиваются в воде, в которую добавляют тетрациклин. Антибиотик блокирует активность tTAV, благодаря чему комары нормально живут и размножаются [2].
В естественных условиях, без антибиотика, ген начинает работать, его продукт препятствует синтезу других белков клетки, при этом усиливает экспрессию собственного гена tTAV, и количество белка лавинообразно возрастает. Огромное количество tTAV блокирует транскрипционную машинерию, и насекомое погибает. Конструкция получилась очень стабильная и сохраняется уже в 200-м поколении трансгенных A. aegypti.
Ген tTAV работает только в клетках насекомых, его белок нетоксичен, и лягушки, наевшись трансгенных комаров, не пострадают. Еще одно преимущество метода заключается в том, что его действие направлено не на всех насекомых в округе, а на один конкретный вид.
Трансгенная линия комаров также содержит флуоресцентный маркер DsRed — белок, свечение которого хорошо заметно при просмотре через определенные фильтры. Он позволяет легко отличать диких насекомых от трансгенных.
В лаборатории трансгенных личинок сортируют вручную: самцы и самки существенно различаются по размеру. В мир выпускают только самцов Friendly ™ Aedes. Они не кусаются и потому не могут никого заразить. Зато они стремятся к спариванию и оплодотворяют диких самок, передавая потомству смертельный ген. Личинки погибают, не достигнув зрелости, самцы Friendly™ Aedes также гибнут и в окружающей среде не сохраняются.
Реализацией программы Friendly™ Aedes занимается компания Oxitec, которую основал Люк Алфей. Пробный выпуск, прошедший в 2009 году на Каймановых островах, показал отличные результаты. На участке площадью 0,16 км2 популяция диких комаров сократилась на 96%.
Затем компания провела успешные испытания в Панаме и Малайзии, потом настал черед Бразилии. В этой стране от лихорадки денге страдают миллионы граждан: только в 2015 году вирус поразил около полутора миллионов бразильцев, а теперь еще участились случаи заражения вирусом Зика, так что никакие комариные исследования Бразилию не минуют.
В сотрудничестве с Университетом Сан-Паулу трансгенных комаров в 2011-2013 годах выпускали в бразильском штате Баия (Bahia); за это время численность диких A. aegypti сократилась по крайней мере на 90%. В середине 2016 года программу Friendly ™ Aedes развернули в районе Сан-Иуда (São Judas) и всего за полгода добились сокращения численности диких личинок на 78%.
В бразильском городке Пирасикаба (Piracicaba) площадь выпуска составила 12 км2, на этой территории проживает около 60 тыс. человек. 30 марта 2017 года Oxitec и администрация Пирасикабы сообщили, что второй год подряд численность личинок диких комаров сокращается более чем на 80% по сравнению с необработанной зоной, при том что количество Friendly™ Aedes, выпущенных в 2016 году, было на 59% ниже, чем годом ранее [3].
Специалисты компании празднуют победу и собираются расширить зону действия программы, для чего им понадобится в 30 раз увеличить производство трансгенных личинок (сейчас их бразильская комариная ферма производит до 4 млн личинок в неделю).
Не комара убить, а людей защитить
Пока Oxitec с торжеством подсчитывает количество уничтоженных насекомых, их коллеги придерживаются другой тактики. Они видят свою задачу не в том, чтобы убивать комаров, а в том, чтобы защищать людей от опасных болезней. Их создания призваны не истребить дикую популяцию, а изменить ее.
В 2005 году энтомолог Скотт О’Нейл (Scott O’Neill) из Университета Монаша (Мельбурн, Австралия) обнаружил, что комары, которым дали напиться крови с вирусами денге или чикунгунья, гораздо реже сохраняют и переносят эти вирусы, если заражены внутриклеточным паразитом Wolbachia pipientis. В том же году, но несколько ранее бразильские ученые из Фонда Освальдо Круза (Fiocruz) получили сходные результаты для вируса Зика.
Вместе они начали программу Eliminate Dengue, которую возглавляет Скотт О’Нейл [4]. Ученые предположили, что паразит соперничает с вирусом за ограниченные ресурсы комариной клетки. Возможно также, что Wolbachia активирует иммунную систему хозяина, что помогает ему бороться с другими инфекциями. Wolbachia паразитирует в клетках примерно 60% видов насекомых, но A. aegypti в их число не входит. Лабораторную популяцию инфицированных комаров пришлось получать специально.
Поскольку бактерия передается потомкам только по материнской линии, ученым приходится выпускать на волю зараженных Wolbachia самок. Однако эти самки, хоть и кусаются, безопасны для человека, потому что не переносят вирус.
В рамках Eliminate Dengue зараженные комары были выпущены более чем в 40 районах Австралии, Вьетнама, Индонезии, Колумбии и Бразилии. За 10–20 недель паразит заражает до 90% местных A. aegypti и сохраняется в популяции не менее пяти лет. Этим метод выгодно отличается от программы Friendly ™ Aedes, которая требует ежегодного выпуска трансгенных самцов. К сожалению, Wolbachia не распространяется на большие расстояния. Чтобы насытить зараженными комарами Бразилию, Fiocruz готов производить около 12 млн личинок в неделю.
Бразилия — одна из немногих стран, где программу Eliminate Dengue реализуют в крупных городах. Иногда это создает неожиданные сложности. Некоторые трущобные районы Рио-де-Жанейро труднодоступны, въезд в них сопряжен с риском. Кроме того, оказалось, что комары, зараженные паразитами, чувствительны к инсектицидам, поэтому в естественных условиях их численность быстро падает. Ученым пришлось три месяца заниматься селекцией, повышая устойчивость лабораторных комаров до уровня их диких сородичей.
Eliminate Dengue не единственная программа, использующая Wolbachia для борьбы с комарами. В Сингапуре планируют заражать ею A. aegypti, чтобы получить бесплодное потомство (бактерия влияет на фертильность хозяев). В США и Китае с помощью Wolbachia собираются бороться с азиатскими тигровыми комарами A. albopictus, которые также переносят денге и чикунгунью.
Проблемы эффективности
Оба метода ощутимо влияют на состояние популяций диких A. aegypti, однако людей больше интересует, как эти меры сказались на заболеваемости. А этого ученые пока не знают. Сокращение численности потенциальных носителей еще не означает, что люди стали меньше болеть: немногие уцелевшие комары могут передавать вирус очень эффективно.
В июле прошлого года Oxitec сообщила о том, что в Пирасикабе за год число заболеваний лихорадкой денге снизилось со 133 до 12, то есть на 91%. Другие муниципалитеты сообщают о сокращении только на 52%. Однако лихорадки происходят вспышками, и нынешнее затишье не обязательно связано с трансгенными комарами. Это может быть лишь естественным перерывом между двумя эпизодами. Чтобы вынести окончательное суждение об эффективности обеих программ, необходимы длительные и крупномасштабные эпидемиологические исследования.
Эффективность программы Eliminate Dengue изучают в индонезийском городе Джокьякарта (Yogyakarta). Заболеваемость денге более двух лет отслеживают в 24 районах, где проживают около 14 500 человек. В половине этих районов выпустят зараженных Wolbachia комаров. Масштабное исследование планируется и во Вьетнаме. Тем временем Oxitec привлекает независимых экспертов для разработки эксперимента, намеченного на 2018 год.
Еще одна большая проблема — деньги. Eliminate Dengue расходов не подсчитывала, но постарается сделать программу не дороже 1 долл. на человека. Oxitec тратит больше. Только на эксперименты в Пирасикабе за два года ушло не менее 1,1 млн долл. — около 10 долл. на одного жителя обработанной территории.
Пока ученые определяют эффективность своих проектов и размышляют, какие средства и мощности им понадобятся для их реализации, естественный отбор не дремлет. Со временем обе линии модифицированных комаров могут потерять свое преимущество, потому что насекомые приобретут устойчивость к действию летального гена, а вирусы приспособятся к совместному существованию с Wolbachia.
А тем временем поспевают новые линии трансгенных комаров. В Университете Сан-Паулу, в лаборатории профессора Маргарет Капурро (Margareth Capurro) — бразильского партнера Oxitеc, разрабатывают линию A. aegypti, несущую ген, который позволит клеткам насекомых распознавать фермент вируса денге и подавать клетке сигнал о самоуничтожении. Ген не летален и со временем распространится по всей популяции.
Американские исследователи под руководством Георга Димопулоса (George Dimopoulos), профессора Университета Джонса Хопкинса, манипулируют собственными комариными генами рецептора Dome или Янускиназы Нор, поместив их под промотор, который активируется, когда комар напьется крови [5]. Промотор работает только в жировом теле насекомых, выполняющем, в том числе, функции иммунокомпетентного органа. Повышенная активность генов Dome и Нор влияет на синтез многих белков жирового тела и подавляет инфекцию нескольких серотипов вируса денге, но не Зика и не чикунгуньи. Гены не сокращают жизнь комаров, но значительно ухудшают их плодовитость.
Специалисты полагают, что создание рынка трансгенных насекомых, который предоставляет потенциальным покупателям выбор в зависимости от желаемого результата, будет полезен службам здравоохранения.
Наталья Резник
2. www.oxitec.com/our-solution/technology/the-science/
4. Callaway E. Infected mosquitoes fight Zika // Nature. 2016. 539. Р. 17–18.
5. Jupatanakul N., Sim S., Angleró-Rodríguez YI, Souza-Neto J, Das S, Poti K. E., et al. Engineered Aedes aegypti JAK/STAT Pathway-Mediated Immunity to Dengue Virus // PLoS Negl Trop Dis. 2017. 11(1): e0005187.