Исследователи из Армейского института совместных биотехнологий и Калифорнийского университета в Санта-Барбаре использовали инструмент редактирования генов, известный как CRISPR-Cas9, для нацеливания на конкретный ген, связанный с фертильностью у самцов комаров. CRISPR-Cas9 – это инструмент для редактирования генома, который, по мнению yourgenome, вызывает ажиотаж в научном мире.org. Это "быстрее, дешевле и точнее, чем предыдущие методы редактирования ДНК, и имеет широкий спектр потенциальных применений."
Исследователи экспериментировали с комарами Aedes aegypti, которые обитают в тропических, субтропических и умеренных регионах по всему миру.
Исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, выявило, как мутация может подавлять фертильность самок комаров.
«Это еще один важный и захватывающий пример того, как инструменты синтетической биологии демонстрируют беспрецедентную полезность», – сказал д-р. Джеймс Берджесс, программный менеджер ICB в США.S.
Командование развития боевых возможностей армии, теперь известное как DEVCOM, Армейская исследовательская лаборатория. "В данном случае это повышение точности от бензопилы до скальпеля, ведущее к правильному биохимическому результату, который может значительно сократить популяцию очень заразного комара."
Для управления популяциями ученые используют метод борьбы с переносчиками болезней, называемый техникой стерильных насекомых, при которой они выращивают множество стерильных насекомых-самцов, а затем выпускают этих самцов в количестве, превосходящем их диких собратьев. Самки, которые спариваются со стерильными самцами до того, как обнаруживают фертильного самца, сами становятся бесплодными, тем самым уменьшая размер следующего поколения.
Повторение этой техники несколько раз может привести к сокращению популяции, потому что каждое поколение меньше предыдущего; выпуск такого же количества стерильных самцов со временем дает более сильный эффект.
Метод стерильных насекомых эффективен при борьбе с рядом сельскохозяйственных вредителей, включая средиземноморскую плодовую муху, вредителя сельскохозяйственных культур в Калифорнии. Это также было предпринято с комарами Aedes aegypti, но с ограниченным успехом.
В прошлом ученые использовали химические вещества или радиацию для стерилизации самцов Aedes aegypti, но химические вещества или радиация повлияли на здоровье комаров до такой степени, что они были менее успешны при спаривании с самками, что снижает эффективность метода стерильных насекомых.
Исследовательская группа хотела определить более целевой подход с меньшим побочным ущербом, мутируя ген у комаров, который конкретно вызывал мужское бесплодие, не влияя иным образом на здоровье насекомых.
«Когда CRISPR / Cas9 вышел несколько лет назад, он просто предлагал новые возможности делать то, что вы не могли делать раньше, – сказал д-р. Крейг Монтелл, заслуженный профессор Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. "Итак, нам показалось, что настало время начать работу над Aedes aegypti."
Используя редактирование генов у самцов Aedes aegypti, исследователи обнаружили, что мутантные самцы комаров не производили сперматозоидов, и, в отличие от предыдущих попыток, стерильные жеребцы в остальном были полностью здоровыми; однако команда не была уверена, нужна ли сперма, пусть и дефектная, от стерильных самцов, чтобы сделать самок комаров бесплодной, или же передача семенной жидкости – это все, что для этого требовалось.
В одном эксперименте исследователи ввели 15 мутантных самцов в группу из 15 самок на 24 часа. Затем они поменяли самцов на 15 самцов дикого типа и оставили их там.
«По сути, все самки остались бесплодными», – сказал Монтелл. "Это подтвердило, что мужчины могут подавлять женскую фертильность, не производя сперматозоидов."
Затем исследователи решили определить, как время повлияло на эффект. Они подвергали самок воздействию самцов-мутантов в течение разного периода времени. Ученые заметили небольшую разницу через 30 минут, но после этого женская фертильность быстро упала.
Монтелл отметил, что самки совокуплялись в среднем дважды, даже в течение первых 10 минут. Это указывает на то, что самки должны спариваться со многими бесплодными самцами, прежде чем сами станут бесплодными.
Объединение самок и самцов в течение четырех часов снизило фертильность самок до 20% от нормального уровня.
Через восемь часов цифры начали выравниваться примерно на 10%.
По словам Монтелла, популяции Aedes aegypti могут легко восстановиться после 80% падения рождаемости. Успех метода стерильных насекомых обусловлен последующими последовательными выпусками стерильных самцов, при этом каждый выпуск будет более эффективным, чем последний, поскольку стерильные самцы составляют постоянно растущую долю популяции.
Команда планирует продолжить изучение брачного поведения и фертильности комаров. Они изобретают способ поддерживать поголовье самцов, чтобы они были стерильными только в дикой природе, а не в лаборатории. Кроме того, они характеризуют брачное поведение самцов, чтобы раскрыть новые способы подавления популяций комаров.
«Мы очень заинтересовались изучением многих аспектов поведения Aedes aegypti, потому что эти комары влияют на здоровье очень многих людей», – сказал Монтелл. "Каждый год наблюдается пандемия болезней, передаваемых комарами.