Ученые нашли способ избавить людей от кусачих особей

В американском штате Флорида в природу выпустили некусачих комаров с измененным геномом. Их задача — вытеснить диких сородичей, заражающих людей смертельно опасными инфекциями. Метод уже опробовали в нескольких регионах мира.

Кто разносит инфекцию

В 2009 году, впервые за 70 лет, в городе Ки-Уэст на архипелаге Флорида-Кис зафиксировали 94 случая лихорадки денге, вирусного гриппоподобного заболевания, в тяжелых случаях приводящего к кровотечениям и шоку. Двадцать процентов зараженных без лечения гибнут. Энтомологи полагают, что инфекцию занесли туристы, а распространили по островам желтолихорадочные комары Aedes aegypti.

Этих кровососущих всего четыре процента в комариной популяции Флориды-Кис, однако именно они переносят возбудителей лихорадки денге, чикунгунья, желтой лихорадки, вирус Зика.

Число незавозных случаев денге растет из года в год, и власти архипелага решились на эксперимент — выпустить генно-модифицированных комаров, которые уничтожат диких переносчиков инфекций. Насекомых предоставила британская компания Oxitec с опытом работы на Каймановых островах, в Малайзии, Панаме, Бразилии, десять лет добивавшаяся одобрения своего проекта в Америке.

У комаров редактируют геном

Комары питаются главным образом сладким цветочным нектаром. Но вот приходит пора размножаться, самка ищет самца и спаривается. Его сперма оплодотворяет зародыши в утробе. А чтобы личинки гарантированно развивались, перед кладкой им нужно хорошее питание — теплая кровь. Самка отправляется на охоту.

Человек для комара — легкая добыча. Самка ориентируется на свет, движения, по углекислому газу от дыхания, определенным запахам, а вблизи — по теплу тела. Нападает, как правило, утром и вечером. Прокалывает кожу «стилетом», чтобы снять пробу крови. При этом сначала впрыскивает секрет — а с ним и вирус.

По данным ВОЗ, порядка 700 тысяч человек в мире ежегодно погибают от инфекций, переносимых комарами. С кровососущими борются репеллентами, инсектицидами. Это создает риск возникновения резистентных видов. Ученые предлагают другой путь — создать мину замедленного действия, которая уничтожит природную популяцию комаров: вывести в лаборатории генно-модифицированных самцов и выпустить на волю. Они спарятся с дикими самками, и те произведут на свет потомство, неспособное к размножению.

Ген смерти в данном случае — это участок ДНК, где закодирована информация о механизме, приводящем личинки к гибели. Метод известен давно, в 1970-х его даже испытали в полевых условиях. Летальную мутацию вызывали гамма-облучением самцов.

В 2000-м профессор зоологии из Оксфорда Люк Алфи усовершенствовал технологию. Он вставил в ДНК комара искусственный ген tTAV — аналог гена резистентных к антибиотику тетрациклину бактерий и вирусов. Ген tTAV вырабатывает белок, в больших количествах смертельный для комара. Его можно «включить» и «выключить» с помощью тетрациклина.

Самцов с tTAV выращивают в воде, куда добавляют антибиотик. Ген, соответственно, не вырабатывает смертельный белок. Затем их выпускают на волю — без тетрациклина они погибают в течение двух дней. Но этого достаточно, чтобы спариться с дикими самками и передать потомству летальную мутацию. Получается очень устойчивая самоликвидируемая система. Через два года Алфи основал дочернюю Оксфордскому университету компанию Oxitec, которая занялась коммерциализацией ноу-хау и его усовершенствованием.

В частности, там вывели еще более эффективных комаров-самоубийц, фактически обманув природу. Проблема в том, что со временем летальный ген исчезает из популяции, поскольку он не обладает эволюционным преимуществом. Для эффективного контроля инфекции на волю приходится постоянно выпускать новые партии мутантных особей. Чтобы этого избежать, ученые сделали летальный ген доминантным, вставив вместе с ним в ДНК инструмент (CRISPR/Cas9), который самостоятельно редактирует вторую хромосому эмбриона — полученную от матери. Рождается организм с геном смерти в обеих хромосомах. Почти все его потомство также сохранит мутацию. Это очень мощный механизм продвижения гена в популяции по принципу цепной реакции.

Места, где размещают коробки с личинками генно-модифицированных комаров, не раскрываются, чтобы избежать вандализма. Архипелаг Флорида-Кис в США.

Есть эффект

В 2010-м Oxitec выпустила в пригороде Жуазейру в Бразилии генно-модифицированных желтолихорадочных комаров OX513A. Мутантные самцы успешно конкурировали за самок. По данным мониторинга, через год дикая популяция сократилась на 88 процентов.

Самый масштабный эксперимент провели в бразильском городе Жакобина. С июня 2013-го по сентябрь 2015-го там выпускали по 450 тысяч самцов-мутантов в неделю. За геном летальности следили по флуоресцентной метке, но разброс данных оказался слишком большим: доля меченых — от десяти до 60 процентов в популяции. Результаты по эффективности контроля над комарами еще не опубликовали.

Британцы и раньше экспериментировали в США — с генетически модифицированной капустной молью в Нью-Йорке и хлопковой молью в Аризоне. Во Флориде компания встретила активное сопротивление местных жителей и экологов. Все же проект удалось протащить на референдуме.

Как сообщает Nature, в апреле ученые разместили ящики с личинками мутантных комаров в частных владениях во Флорида-Кис, не разглашая адресов, чтобы избежать вандализма. В течение трех месяцев из них будут вылупляться по 12 тысяч самцов в неделю. На следующем этапе за 16 недель ожидают появления 20 миллионов насекомых.

В ход пошла новейшая разработка — сорт OX5034. Они созданы таким образом, что уже на стадии взросления в лаборатории самки погибают, остаются только самцы. Это избавляет от ручной сортировки личинок. Комаров выпускают в природу, где они передают потомкам ген смерти. Но в новом поколении погибают лишь самки. Самцы же продолжают продвигать летальную мутацию. Через десять поколений эта линия вымирает сама собой.

Есть и другие методы самоуничтожения желтолихорадочных комаров. Один из них во Флорида-Кис в 2017 году испытала компания MosquitoMate. На волю выпустили самцов, инфицированных бактерией вольбахией. Этот паразит портит сперматозоиды, и оплодотворенные ими эмбрионы погибают. В отличие от генно-модифицированных комаров, эти не вызвали протестов местного населения.