Strategie di ricambio della popolazione per popolazioni di vettori Controllo e l'uso di Wolbachia pipientis per l'unità genetica

Il mio nome è Dr. Jason Rascon. Sono professore assistente alla Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health, nel Dipartimento di Microbiologia Molecolare e Immunologia, e anche presso l'Istituto di Ricerca sulla Malaria della Johns Hopkins. Il mio interesse scientifico riguarda in generale la relazione tra la genetica delle popolazioni di vettori e l'epidemiologia dei patogeni trasmessi da vettori.

La malaria è la malattia trasmessa da vettori più importante al mondo oggi. È una causa enorme di mortalità. Uccide, le statistiche variano tra uno e tre milioni di persone all'anno.

La maggior parte sono bambini sotto i cinque anni in Africa. È quindi un problema enorme. E questo riguarda soltanto la mortalità, ma rappresenta anche un peso considerevole in termini di morbosità, salute pubblica e oneri sull'economia di queste aree colpite: si tratta davvero di un problema rilevante.

Sai, in Sud America, Africa e Asia, si tratta, è, è, è, è una sorta di problema mondiale ed è in fase di riemergenza. Pertanto, il sistema di gene drive è ciò che rende queste strategie, in teoria, economicamente possibili. L'idea è che si possa fondamentalmente modificare l'intera popolazione con un numero molto ridotto di insetti modificati.

E il meccanismo del gene drive diffonderà quel tratto nella popolazione fino a una frequenza elevata. Il modo di pensare a questo processo è il seguente: in una situazione normale, supponiamo di aver creato un insetto transgenico che possiede una copia del gene, poiché questi insetti normalmente sono diploidi. Essi possiedono due copie di ogni cromosoma.

E se si incrociano con un tipo selvatico soltanto per caso, ci si aspetterebbe che il 50% della loro prole presenti quel carattere. E poi il 50% di quella prole lo avrebbe. E quindi col tempo verrebbe semplicemente diluito.

Un meccanismo di gene drive indica che, qualunque sia il metodo, attraverso una varietà di strategie o meccanismi differenti, oltre il 50% della prole erediterà il tratto. Di conseguenza, esso effettivamente aumenterà di frequenza nel tempo, invece di venire diluito o mantenere la stessa frequenza. Prima di tutto, abbiamo bisogno di un sistema di gene drive.

Non esiste davvero alcun sistema di gene drive praticabile al di fuori del laboratorio. Ce ne sono alcuni che possono funzionare in determinate condizioni all'interno di ambienti di laboratorio molto controllati, ma non disponiamo effettivamente di nulla che sia sufficientemente maturo da poter essere effettivamente impiegato in popolazioni naturali in campo. E attualmente si stanno prendendo in considerazione una varietà di diversi meccanismi di gene drive.

Tutti presentano vantaggi, tutti presentano svantaggi, quindi non sembra esserci un metodo intrinsecamente superiore rispetto agli altri. Akia Pipi è una batteria ereditata obbligatoriamente per via materna. È strettamente imparentata con Rickettsia e viene trasmessa esclusivamente, almeno nel tempo ecologico ed evolutivo, dalla madre alla prole.

Quindi la madre è infetta, dà alla luce prole infetta, mentre il maschio non è infetto e viene eliminato attraverso diversi meccanismi naturali. È probabilmente la più diffusa batteria endosimbionte, endos, simbionte, presente sulla Terra. Si stima che sia presente fino al 75% di tutti gli insetti conosciuti.

E, inoltre, manipola la riproduzione dell'ospite in modo da massimizzare la sua trasmissione alla generazione successiva. Poiché i maschi rappresentano ospiti terminali per questo batterio, il microrganismo compie azioni volte a massimizzare il numero di femmine infette. In alcuni sistemi, trasforma i maschi genetici in femmine funzionali, oppure rende le femmine partenogenetiche, in modo che non debbano mai accoppiarsi.

Possono avere solo prole femmina infetta, che a sua volta avrà prole femmina infetta. E le zanzare. Akia causa un fenomeno chiamato incompatibilità citoplasmatica.

E qui entrano in gioco i maschi, che, essendo ospiti a vicolo cieco per il batterio, vengono utilizzati come cavalli di Troia per ridurre la capacità riproduttiva delle femmine non infette nella popolazione. Quindi, se un maschio infetto si accoppia con una femmina non infetta, la sterilizza. Tuttavia, le femmine infette non hanno problemi, indipendentemente dal fatto che si accoppino con un maschio infetto o non infetto.

Pertanto, le femmine infette hanno più prole perché nessuno dei loro accoppiamenti è sterile. Questa prole, a sua volta infetta, produce anch'essa un numero maggiore di discendenti. Ciò può consentire a questo batterio di diffondersi rapidamente all'interno delle popolazioni, raggiungendo un'alta frequenza.

L'idea è quindi quella di utilizzare questa capacità degli akia di diffondersi all'interno delle popolazioni per introdurre geni di interesse nelle stesse. Mentre l'akia si diffonde, il gene di interesse, diciamo un gene legato alla malaria, si espanderebbe attraverso l'associazione genetica. Gli akia sono diffusi in molti insetti.

Se si osservano le zanzare appartenenti a diversi generi di zanzare, praticamente ogni genere risulta infettato. Non tutte le specie all'interno di un genere sono infette, ma in ogni genere, ad eccezione di un olie, sono presenti alcune specie infette. Non sono note infezioni naturali da anomolie.

Quindi né anis, né gambier, né alcuna anomalia. E questa è in effetti un'area di grande interesse per il mio gruppo di ricerca. Stiamo cercando di infettare Anis e siamo stati in grado, almeno, di dimostrare che wbaa può infettare le cellule di anis gambier.

Quindi, nella coltura cellulare. E stiamo cercando di non trasferire da questo sistema di coltura cellulare in vitro a un sistema di zanzara in vivo, ma nessuno l'ha effettivamente ancora fatto. Perciò questo è relativamente semplice.

Hai una gabbia di zanzare che non possiedono il tuo gene, e hai una certa ceppo di zanzare che invece lo possiede, diciamo sia associato ad Akia o a un altro meccanismo di gene drive. Fondamentalmente, introduci nella popolazione di gabbia naïve zanzare provenienti dalla tua popolazione sperimentale, a diverse frequenze, le allevi, campioni in modo casuale ogni generazione, e continui di generazione in generazione per osservare come varia nel tempo la frequenza di quel gene. In questo modo puoi proseguire per un determinato numero di generazioni.

È possibile portarlo avanti per il vostro gene, fino a raggiungere una certa frequenza predeterminata o finché il gene non viene perso. Si tratta di esperimenti estremamente semplici da eseguire in laboratorio. È sostanzialmente come, per così dire, allevare le zanzare di generazione in generazione nel modo consueto.

Quindi ci sono molte considerazioni etiche. Credo che il primo punto sia assicurarsi che, insomma, funzioni davvero. Sarà migliore delle strategie attualmente disponibili? Molte persone sono per natura diffidenti nei confronti degli organismi geneticamente modificati in generale.

E quindi dobbiamo essere in grado di affrontare questa questione. Quando si rilasciano zanzare geneticamente modificate in, diciamo, un paese A che le desidera, e un paese B si trova proprio accanto e non le vuole, quelle zanzare non rispetteranno quel confine. Di conseguenza, se i meccanismi di gene drive funzionano nel modo in cui vogliamo che funzionino, quel gene si diffonderà e quelle zanzare porteranno tale gene praticamente in ogni parte dell'areale della specie.

E quindi queste questioni politiche, etiche, sociali e giuridiche devono essere affrontate in modo molto approfondito. Dobbiamo assicurarci di non peggiorare la situazione invece di migliorarla. Pertanto, vogliamo davvero comprendere appieno tutto ciò che accade nell'ambiente prima ancora di rilasciarli effettivamente.

Quindi, ancora una volta, esistono due categorie diverse. Da un lato ci sono gli ostacoli scientifici, che sono gravi, ma su cui stiamo lavorando. Dall'altro ci sono gli ostacoli sociali, etici e legali.

E io, penso che nel tempo saremo in grado di affrontare i problemi scientifici. Voglio dire, al momento non esiste davvero un meccanismo di gene drive nei moscerini che sia applicabile. Ci sono alcuni studi molto recenti che sembrano molto promettenti nei Drosophila, ma non sono ancora stati trasferiti ai moscerini.

Mais penso che queste siano proprio le cose su cui stiamo lavorando e, come sapete, abbiamo fatto molti progressi negli ultimi 10, 15 anni. Faremo molti progressi nei prossimi 10 anni. E credo davvero che le questioni scientifiche, alla fine, siano risolvibili: una volta ottenute ceppi di zanzare adatti al rilascio, le persone dovranno effettivamente permetterci di rilasciarli.

E ritengo che questo tipo di ostacoli sarà molto, molto più difficile da superare rispetto ai problemi scientifici. E si tratta di qualcosa che richiederà molto tempo. E potrebbe accadere che, alla fine, le persone semplicemente non vogliano accettarli.

E in realtà, sai, non c'è molto che possiamo fare al riguardo se questa è la situazione a quel punto. Quindi in generale, c'è una notevole quantità di finanziamenti. Voglio dire, potremmo sempre utilizzare ulteriori finanziamenti, ma sai, gli Istituti Nazionali di Sanità, la Fondazione Gates dell'OMS stanno davvero investendo molta denaro nelle malattie trasmesse da vettori.

In particolare malaria e dengue. Penso che, sa, in termini di denaro disponibile, ce ne sia molto. Non dovrebbe essere tutto destinato a un'unica soluzione specifica, sa, non dovrebbe essere tutto destinato a zanzare geneticamente modificate.

Non dovrebbe essere tutto investito in insetticidi. Ma dobbiamo davvero cercare, insomma, di diversificare le nostre strategie e provare seriamente ad affrontare questo problema da tutti gli angoli. Tuttavia, esistono fondi disponibili.

Voglio dire, i finanziamenti sono difficili per tutti in questo momento, ma.