La modifica genetica impedisce alle zanzare di diffondere la malaria

Le zanzare uccidono ogni anno più persone di qualsiasi altro animale. Nel 2023, questi insetti succhiasangue hanno infettato con la malaria circa 263 milioni di persone, causando quasi 600.000 decessi, l'80% dei quali bambini.

I recenti sforzi per fermare la trasmissione della malaria si sono arenati poiché le zanzare hanno sviluppato una resistenza agli insetticidi e i parassiti che causano la malaria sono diventati resistenti ai farmaci. Queste difficoltà sono state aggravate dalla pandemia di COVID-19, che ha complicato gli sforzi in corso per il controllo della malaria.

Ora, i ricercatori dell'Università della California di San Diego, della Johns Hopkins University, della UC Berkeley e dell'Università di San Paolo hanno sviluppato un nuovo metodo che blocca geneticamente la capacità delle zanzare di trasmettere la malaria.

I biologi Zhiqian Li ed Ethan Beer dell'Università della California a San Diego, e Yuemei Dong e George Dimopoulos della Johns Hopkins University, hanno creato un sistema di editing genetico basato su CRISPR che altera una singola molecola nel corpo di una zanzara: una modifica minuscola ma efficace che blocca la trasmissione del parassita della malaria. Le zanzare geneticamente modificate possono ancora pungere le persone infette e contrarre il parassita dal loro sangue, ma non possono più trasmetterlo ad altre persone. Il nuovo sistema è progettato per diffondere geneticamente il tratto di resistenza alla malaria fino a quando intere popolazioni di questi insetti non saranno più portatrici del parassita.

"Modificare un amminoacido in una zanzara con un altro presente in natura che interferisce con l'infezione da parte del parassita della malaria – e diffondere questa mutazione benefica in tutta la popolazione di zanzare – è una vera svolta", ha affermato Bier, professore presso il dipartimento di biologia cellulare e dello sviluppo della Facoltà di Scienze Biologiche dell'UC San Diego. "È difficile credere che un cambiamento così piccolo possa avere un effetto così drammatico".

Il nuovo sistema utilizza CRISPR-Cas9 come "forbici genetiche" e RNA guida per effettuare un taglio in una regione precisa del genoma della zanzara. Quindi sostituisce un amminoacido indesiderato che facilita la trasmissione della malaria con uno benefico che interferisce con il processo.

Il sistema prende di mira un gene che codifica per una proteina nota come FREP1. Questa proteina aiuta le zanzare a svilupparsi e a nutrirsi di sangue quando pungono. Il nuovo sistema sostituisce l'amminoacido L224 in FREP1 con un allele diverso, Q224. I parassiti usano L224 per raggiungere le ghiandole salivari dell'insetto, dove si preparano a infettare un nuovo ospite.

Dimopoulos, professore presso il Dipartimento di Microbiologia e Immunologia Molecolare e membro del Malaria Research Institute della Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health, e il suo laboratorio hanno testato ceppi di zanzare Anopheles stephensi, il principale vettore della malaria in Asia. Hanno scoperto che la sostituzione di L224 con Q224 bloccava efficacemente l'ingresso di due diversi tipi di parassiti della malaria nelle ghiandole salivari, prevenendo così l'infezione.

"Il bello di questo approccio è che utilizziamo un allele naturale di un gene di zanzara. Con una precisa modifica, lo trasformiamo in un potente scudo che blocca diverse specie di parassita della malaria, probabilmente in diverse popolazioni e specie di zanzare. Questo apre le porte a strategie di controllo delle malattie adattabili e concrete",
ha affermato George Dimopoulos.

Nei test successivi, i ricercatori hanno scoperto che, sebbene la mutazione genetica impedisse al parassita di infettare l'organismo, la crescita e la riproduzione delle zanzare non ne risultavano influenzate. Le zanzare con la nuova versione di Q224 erano vitali quanto le zanzare con l'amminoacido L224 originale: un risultato importante, dato che la proteina FREP1 svolge un ruolo fondamentale nella biologia delle zanzare, indipendentemente dal suo ruolo nella trasmissione della malaria.

Simile al sistema "gene drive", i ricercatori hanno sviluppato un metodo che consente alla prole delle zanzare di ereditare l'allele Q224 e di diffonderlo nella popolazione, bloccando così la trasmissione dei parassiti della malaria. Questo nuovo sistema "allelic drive" segue un sistema simile recentemente sviluppato nel laboratorio di Beer, che inverte geneticamente la resistenza agli insetticidi nei parassiti agricoli.

"In quello studio precedente, abbiamo creato un meccanismo auto-terminante che riporta una popolazione di moscerini della frutta dalla resistenza agli insetticidi alla suscettibilità. Poi quell'elemento genetico scompare semplicemente, lasciando solo una popolazione 'selvatica'", ha spiegato Bier. "Un sistema fantasma simile potrebbe convertire le popolazioni di zanzare in portatrici della variante FREP1Q resistente al parassita."

Sebbene i ricercatori abbiano dimostrato che la sostituzione di L224 con Q224 è efficace, non ne comprendono ancora appieno il motivo. Sono in corso ulteriori studi per determinare con esattezza in che modo l'amminoacido Q224 blocchi la via d'ingresso del parassita.

"Questa svolta è il risultato di un impeccabile lavoro di squadra e di innovazione tra le istituzioni scientifiche", ha aggiunto Dimopoulos. "Insieme, abbiamo utilizzato gli strumenti genetici della natura per trasformare le zanzare in alleate nella lotta contro la malaria".

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature.