Генетическое редактирование меняет устойчивость к инсектицидам

Но в последние десятилетия многие насекомые генетически адаптировались, чтобы стать менее чувствительными к действию инсектицидов. В Африке, где надкроватные сетки, обработанные инсектицидами длительного действия, и опрыскивание помещений являются основным оружием в борьбе с малярией, многие виды комаров по всему континенту выработали устойчивость к инсектицидам, что снижает эффективность этих ключевых мероприятий. Ожидается, что в некоторых районах изменение климата усугубит эти проблемы.

Биологи Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали метод, который меняет устойчивость к инсектицидам с помощью технологии CRISPR/Cas9. Как описано в Nature Communications (https://www.nature.com/articles/s41467-021-27654-1), исследователи Бхагьяшри Кадушкар, Раджа Кушва и профессор Итан Бир из Института генетики и общества Тата (TIGS) и их коллеги использовали инструмент генетического редактирования для замены устойчивого к инсектицидам гена у плодовых мушек на обычный инсектицид- восприимчивe. формe. Это ключевое достижение, которое может значительно сократить количество используемых инсектицидов.

«Эта технология также может быть использована для увеличения доли природного генетического варианта у комаров, который делает их невосприимчивыми к передаче ими малярийным паразитам», — сказал Бир, профессор клеточной биологии и биологии развития в отделении биологических наук Калифорнийского университета в Сан-Диего. автор бумаги.

Исследователи использовали модифицированный тип генного драйва, технологию, которая использует CRISPR/Cas9 для вырезания геномов в целевых участках, чтобы распространять определенные гены в популяции. Когда один из вродителей передает генетические элементы своему потомству, белок Cas9 отрезает хромосому от другого родителя в соответствующем месте, и генетическая информация копируется в это место, так что все потомство наследует генетический признак. Новый генный драйв включает надстройку, которую Бир и его коллеги ранее разработали для смещения наследования простых генетических вариантов (также известных как аллели) путем одновременного вырезания нежелательного генетического варианта (например, устойчивого к инсектицидам) и замены с предпочтительным вариантом (например, чувствительный к инсектицидам).

В новом исследовании, исследователи использовали эту стратегию «аллельного драйва» для восстановления генетической восприимчивости к инсектицидам, подобно насекомым в дикой природе до того, как у них развилась резистентность. Они сосредоточились на белке насекомых, известном как потенциалзависимый натриевый канал (VGSC), который является мишенью для широко используемого класса инсектицидов. Устойчивость к этим инсектицидам, часто называемая нокдаун-резистентностью, или «KDR», возникает в результате мутаций в гене VGSC, которые больше не позволяют инсектициду связываться с целевым белком VGSC. Авторы заменили резистентную мутацию KDR на ее нормальный природный аналог, чувствительный к инсектицидам.

Начиная с популяции, состоящей из 83% аллелей KDR (устойчивых) и 17% нормальных аллелей (чувствительных к инсектицидам), система аллельного влечения инвертировала эту пропорцию до 13% устойчивых и 87% чувствительного типа за 10 поколений. Бир также отмечает, что приспособления, обеспечивающие устойчивость к инсектицидам, имеют эволюционную цену, делая этих насекомых менее подходящими в дарвиновском смысле. Таким образом, сочетание генного драйва с избирательным преимуществом более подходящего генетического варианта чувствительного типа приводит к высокоэффективной и кооперативной системе, говорит он.

Подобные системы аллельного драйва могут быть разработаны и у других насекомых, включая комаров. Это доказательство принципа добавляет новый метод в набор инструментов для борьбы с вредителями и переносчиками, поскольку его можно использовать в сочетании с другими стратегиями для улучшения мер по снижению распространения малярии на основе инсектицидов или паразитов.