Associé la résistance aux insecticides: comment un montage génétique dans les moustiques s'auto-copates à travers les générations, réduisant la transmission du paludisme à près de zéro sans nuire à la survie.
Anopheles Mosquito Larva – Étude: conduire un allèle protecteur du gène du moustique FREP1 pour lutter contre le paludisme. Crédit d'image: Photographe Sinhyu / Shutterstock
Dans une étude récente publiée dans la revue Natureun groupe de chercheurs a étudié si l'allèle Glutamine 224 (Q224) a examiné si l'allèle de glutamine 224 (Q224) lié à Fibrinogène (FREP1) (Q224) Anopheles Stephensi moustiques réfractaires à Plasmodium L'infection, a quantifié les coûts de fitness associés à cet allèle et a évalué un système d'entraînement allélique lié pour répandre cette variante de protection via les populations.
Sommaire
Arrière-plan
Environ 600 000 personnes sont mortes du paludisme en 2023, principalement des enfants en Afrique subsaharienne et en Asie du Sud. Les outils traditionnels, tels que les filets de lit traités par des insecticides, la pulvérisation résiduelle intérieure et les médicaments antipaludiques, perdent du terrain contre des moustiques résistants aux insecticides et des parasites résistants aux médicaments. Les technologies de conduite génétique qui répartissent les allèles bénéfiques à travers les populations de moustiques offrent une solution complémentaire et durable. Le moustique FREP1 aide les parasites à traverser l'intestin moyen, et un Q224 naturel semble protecteur sans nuire à la biologie des moustiques. Tester et conduire en toute sécurité ces allèles endogènes pourrait réduire la transmission tout en préservant la forme physique. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour valider l'efficacité, la forme physique, la propagation et le confinement.
À propos de l'étude
En utilisant des répétitions palindromiques courtes (CRISPR) en grappes régulièrement inter-achetées (CRISPR) et la protéine 9 associée à CRISPR (CAS9), l'équipe a généré une congénique Anopheles Stephensi Soules moustiques qui ne différaient qu'à l'acide aminé 224 de FREP1: la leucine de type sauvage (WT) (L224) et la glutamine protectrice putativement (Q224). Un guide de l'acide ribonucléique (GRNA) a ciblé un site intronique 126 paires de bases (BP) en amont du codon, permettant à la réparation dirigée par l'homologie (HDR) d'installer le Q224 avec des marqueurs de protéine fluorescente verte (GFP) ou de protéines fluorescentes rouges (RFP). La forme physique a été évaluée par la longueur des ailes, la fécondité, la vitesse d'éclosion des œufs, la nymphose, l'émergence et la longévité des adultes dans les tests de survie de Kaplan-Meier.
La compétence vectorielle a été mesurée par l'alimentation de la membrane standard avec Plasmodium falciparum (un parasite du paludisme humain) à une gamétocytémie basse et élevée, et en se nourrissant de souris avec Plasmodium Berghei (un parasite du paludisme des rongeurs), qui quantifié les oocystes et les sporozoïtes des glaces salivaires. Une cassette à conduite allélique liée transportant du GRNA L224 a été combinée avec VASA CAS9 à l'hérédité des biais, et des essais de cage multigénérationnels (10 générations) des fréquences de marqueurs suivis. Les allèles du récepteur ont été génotypés en utilisant la réaction en chaîne par polymérase (PCR), le séquençage Sanger et le séquençage de nouvelle génération (NGS) pour estimer les résultats de la réparation de rupture à double brin (DSB), y compris la jonction d'extrémité non homologue (NHEJ). La modélisation mathématique bayésienne a déduit les taux de conversion, les coûts de fitness et la dynamique dans des conditions de cage en laboratoire et en laboratoire.
Résultats de l'étude
Dans les analyses de remise en forme étendues, l'allèle FREP1Q224 a imposé des coûts de fitness globaux négligeables. La longueur des ailes, la fécondité, la trappe d'oeufs, la pupation et l'émergence des adultes étaient indiscernables des contrôles WT Leucine 224 (FREP1L224), avec seulement des différences mineures et incohérentes dans la taille du corps masculin et la durée de vie qui n'ont pas modifié les performances compétitives dans les cages multi-générationnelles. Les femmes vierges portant FREP1Q224 vivaient aussi longtemps que les témoins, et les femelles nourries au sang ont montré une légère réduction de la longévité par rapport aux vierges, mais des différences de longévité modestes chez les hommes ou les femmes nourries au sang n'ont pas déplacé la fréquence des allèles au fil du temps.
Les expériences d'infection ont révélé une forte protection dans les moustiques homozygotes. À bas niveau Plasmodium falciparum La gamétocytémie (0,08%), la prévalence des infections est passée d'environ 80% dans les contrôles VASA CAS9 et FREP1L224 à environ 30% dans les moustiques FREP1Q224, tandis que le nombre médian d'oocystes est passé de trois à zéro. Les charges sporozoïtes dans les glandes salivaires ont chuté environ cinq fois, des médianes supérieures à 4 000 à zéro. Même à une gamétocytémie plus élevée (0,15%), le nombre médian d'oocystes est passé d'environ 32 par intestin moyen à moins de 10, et les sporozoïtes ont été fortement réduits. Contre Plasmodium Bergheiun parasite des rongeurs divergents, FREP1Q224 a également abaissé les dénombrements médians des oocystes (43 à 25) et le nombre de sporozoïtes (environ 19 000 à 11 000). Cependant, la prévalence des oocystes n'a pas diminué de manière significative, probablement en raison de l'appariement non naturel des moustiques et des parasites, confirmant la réfractarité à large spectre. La résistance nécessite l'homozygotie: les hétérozygotes (FREP1L224 / FREP1Q224) n'étaient pas de manière significative.
Le lecteur allélique lié a fonctionné efficacement. Dans les tests d'accouplement des paires, le guide de l'acide ribonucléique L224 Plus CAS9 a converti 50 à 86% des allèles récepteurs FREP1L224 en FREP1Q224 par HDR, avec une conversion plus élevée lorsque Cas9 a été fourni sur la maternité, produisant une fréquence d'allèle protectrice globale jusqu'à 93% dans la deuxième génération. Les mutations de jonction d'extrémité non homologues étaient modestes (0–12%) et semblaient souvent délétères. Dans les cages de population d'accouplement librement ensemencées à un rapport alélique donneur de 1: 3: la fréquence de l'allèle de protection est passé de 25% à plus de 90% dans les 10 générations. La fraction des allèles NHEJ est passée de 5,4% à moins de 0,5%, conformément aux coûts de fitness associés aux variantes de perte de fonction de la protéine 1 liée au fibrinogène.
La modélisation bayésienne a soutenu une synthèse de conversion allélique élevée, de faibles taux d'allèles de résistance fonctionnelle et de mosaïcisme stérile mortel, où les homozygotes WT exposés à des complexes Cas9-GRNA déposés maternellement déposés subissent de graves pénalités d'adéquation due à une mutation somatique des deux allèles FREP1, en tant que conducteurs de la diffusion super-mentionnée somatique observée. Enfin, les moustiques échantillonnés à partir de cages de fin de génération ont montré une suppression presque complète de Plasmodium falciparum Oocystes (médian zéro à 5,5) à faible gamétocytémie, confirmant que la population entraînée était devenue largement réfractaire de transmission. Notamment, l'allèle protecteur a maintenu la parité dans la concurrence en tête-à-tête avec les chromosomes congéniques, renforçant que sa propagation reflète la variation, et non les avantages de la condition physique cachés ou d'autres coûts écologiques.
Conclusions
Pour résumer, cette étude démontre que le remplacement d'un seul acide aminé dans FREP1 et biaisant son héritage à travers un lecteur allélique lié peut rendre Anopheles Stephensi largement réfractaire aux parasites du paludisme humain et des rongeurs, sans encourir de pénalités de fitness substantielles. Étant donné que la variante protectrice conserve la biologie des moustiques normaux, il offre un chemin réaliste et adapté à la population vers une transmission plus faible, des filets de lit complétant, une pulvérisation résiduelle intérieure et des médicaments antipaludiques désormais menacés par la résistance. Le même cadre pourrait reconvertir les allèles de résistance aux insecticides à la sensibilité ou déployer d'autres variantes de l'hôte protecteur. Les cadres écologiques, éthiques et de gouvernance rigoureux, ainsi que les stratégies de confinement, seront essentiels avant tout déploiement.
