التعديل الجيني يمنع البعوض من نشر مرض الملاريا

يقتل البعوض عددًا أكبر من البشر سنويًا مقارنةً بأي حيوان آخر. في عام ٢٠٢٣، أصابت هذه الحشرات الماصة للدماء ما يُقدر بـ ٢٦٣ مليون شخص بالملاريا، مما أدى إلى وفاة ما يقرب من ٦٠٠ ألف شخص، ٨٠٪ منهم أطفال.

تعثرت الجهود الأخيرة لوقف انتقال الملاريا، إذ طور البعوض مقاومة للمبيدات الحشرية، وأصبحت الطفيليات المسببة للملاريا مقاومة للأدوية. وتفاقمت هذه النكسات بسبب جائحة كوفيد-19، التي عقّدت جهود مكافحة الملاريا الجارية.

والآن، نجح باحثون من جامعة كاليفورنيا في سان دييغو، وجامعة جونز هوبكنز، وجامعة كاليفورنيا في بيركلي، وجامعة ساو باولو، في تطوير طريقة جديدة تمنع وراثيا قدرة البعوض على نقل مرض الملاريا.

ابتكر علماء الأحياء تشي تشيان لي وإيثان بير من جامعة كاليفورنيا في سان دييغو، ويومي دونغ وجورج ديموبولوس من جامعة جونز هوبكنز، نظامًا لتعديل الجينات قائمًا على تقنية كريسبر، يُغيّر جزيئًا واحدًا في جسم البعوضة - وهو تغيير طفيف ولكنه فعال يوقف انتقال طفيلي الملاريا. لا يزال بإمكان البعوض المعدّل وراثيًا لدغ المصابين والتقاط الطفيلي من دمائهم، لكنه لن يتمكن من نقله إلى أشخاص آخرين. صُمم النظام الجديد لنشر سمة مقاومة الملاريا وراثيًا حتى تصبح مجموعات كاملة من هذه الحشرات خالية من الطفيلي.

قال بير، الأستاذ في قسم علم الخلية وعلم الأحياء التنموي في كلية العلوم البيولوجية بجامعة كاليفورنيا في سان دييغو: "إن تغيير حمض أميني واحد في البعوض إلى حمض أميني آخر طبيعي يمنع الإصابة بطفيلي الملاريا، ونشر هذه الطفرة المفيدة في جميع أنحاء البعوض، يُعد إنجازًا كبيرًا". وأضاف: "من الصعب تصديق أن تغييرًا بسيطًا كهذا يمكن أن يُحدث تأثيرًا هائلًا كهذا".

يستخدم النظام الجديد تقنية كريسبر-كاس9 كـ"مقصّ جيني" يوجّه الحمض النووي الريبوزي (RNA) لإحداث قطع في منطقة محددة من جينوم البعوض. ثم يستبدل الحمض الأميني غير المرغوب فيه الذي يُسهّل انتقال الملاريا بحمض أميني مفيد يُعيق العملية.

يستهدف النظام جينًا يُشفِّر بروتينًا يُعرف باسم FREP1. يُساعد هذا البروتين البعوض على النمو والتغذي على الدم عند لدغه. يستبدل النظام الجديد الحمض الأميني L224 في FREP1 بأليل مختلف، وهو Q224. تستخدم الطفيليات L224 للوصول إلى الغدد اللعابية للحشرة، حيث تستعد لإصابة مضيف جديد.

أجرى ديموبولوس، الأستاذ في قسم علم الأحياء الدقيقة الجزيئية والمناعة وعضو معهد أبحاث الملاريا التابع لكلية جونز هوبكنز بلومبرج للصحة العامة، ومختبره اختبارات على سلالات من بعوض الأنوفيلة ستيفنسي، الناقل الرئيسي للملاريا في آسيا. ووجد الباحثون أن استبدال L224 بـ Q224 منع بفعالية نوعين مختلفين من طفيليات الملاريا من دخول الغدد اللعابية، مما منع العدوى.

قال جورج ديموبولوس: "تكمن روعة هذا النهج في أننا نستخدم أليلًا طبيعيًا لجين البعوض. بتغيير دقيق واحد، نحوّله إلى درع قوي يصدّ أنواعًا متعددة من طفيليات الملاريا - ومن المرجح أن يكون ذلك في مجموعات وأنواع مختلفة من البعوض. وهذا يفتح الباب أمام استراتيجيات قابلة للتكيف وواقعية لمكافحة الأمراض"
.

في اختبارات لاحقة، وجد الباحثون أنه بينما منع التغيير الجيني الطفيلي من إصابة الجسم، لم يتأثر نمو البعوض وتكاثره. كان البعوض الحامل للنسخة الجديدة من Q224 نشيطًا مثل البعوض الحامل للحمض الأميني الأصلي L224 - وهو إنجاز مهم، نظرًا لدور بروتين FREP1 المهم في بيولوجيا البعوض، بغض النظر عن دوره في نقل الملاريا.

على غرار نظام "الدفع الجيني"، طوّر الباحثون طريقةً تُمكّن ذرية البعوض من وراثة أليل Q224 ونشره في جميع أنحاء الجماعة، مما يُوقف انتقال طفيليات الملاريا. ويتبع نظام "الدفع الأليلي" الجديد نظامًا مشابهًا طُوّر مؤخرًا في مختبر بير، والذي يُعكّر وراثيًا مقاومة الآفات الزراعية للمبيدات الحشرية.

في الدراسة السابقة، ابتكرنا محركًا ذاتي التدمير يُعيد مجموعات ذباب الفاكهة من مقاومة المبيدات الحشرية إلى قابليتها للإصابة. ثم يختفي عنصر الكاسيت الجيني ببساطة، تاركًا مجموعة "متوحشة" فقط، كما أوضح بير. «يمكن لنظام شبحي مماثل أن يُحوّل مجموعات البعوض إلى حاملة لمتغير FREP1Q المقاوم للطفيليات».

على الرغم من أن الباحثين أثبتوا فعالية استبدال L224 بـ Q224، إلا أنهم لم يفهموا بعدُ سبب فعالية هذا التغيير. وتُجرى دراسات أخرى لتحديد كيفية حجب الحمض الأميني Q224 لطريق دخول الطفيلي بدقة.

وأضاف ديموبولوس: "هذا الإنجاز ثمرة عمل جماعي متقن وابتكار متميز بين المؤسسات العلمية. معًا، استخدمنا الأدوات الجينية الطبيعية لتحويل البعوض إلى حلفاء في مكافحة الملاريا".

ونشرت الدراسة في مجلة نيتشر.