Биологические и биотехнологические подходы к контролю малярии

Возбудители малярии относятся к роду  Plasmodium. Пять видов Plasmodia, P. malariae, P. ovale, P. falciparum, P. vivax и P. knowlesi могут вызывать заболевания у людей. Переносят малярию комары рода Anopheles. Привычные методы борьбы с переносчиком малярии – москитные сетки и уничтожение взрослых насекомых инсектицидами. Однако их явно не достаточно для контроля над заболеваемостью. По мере развития резистентных к лекарствам вариантов малярийного плазмодия и устойчивых к инсектицидам форм малярийного комара потребовались новые подходы к контролю малярии. Это и различные патогены, поражающие комаров-переносчиков, и попытки воздействовать на выживаемость плазмодия в организме комара, и генно-инженерные методы. Применяя тот или иной способ всегда важно учитывать, какими могут быть последствия, поскольку комары выполняют не только функцию переносчиков инфекции, но и являются пищей для животных, их личинки регулируют численность планктона, в взрослые комары участвуют в опылении.

Одним из первых примеров «биологической» борьбы с переносчиками малярии было использование рыб, поедающих личинки, относящихся к роду Gambusia. Однако, со временем, оказалось, что заселение таких рыб в водоёмы может губительно сказаться на их сообществе. Тем не менее, рыбами рода Gambusia и другими, уничтожающими личинок, можно заселять искусственные водоёмы, и такой подход уже показал свою эффективность.

Безопасные для окружающей среды микроорганизмы, не вырабатывающие токсинов и способные уничтожать переносчика – вариант борьбы с распространением малярии. Bacillus thuringiensis и Bacillus sphaericus, которых легко получить, накопить и распространить среди насекомых, они также уничтожают личики переносчика.  Рассматривается и создание более «вооружённых», генно-инженерных штаммов, продуцирующих больше различных токсинов для усиления эффекта и преодоления устойчивости.

Другой метод бактериологической борьбы с переносчиками малярии основан на использовании эндосимбионта рода Wolbachia. Микроорганизмы рода  Wolbachia впервые были найдены ещё в первой четвери прошлого века, в тканях комаров Culex pipiens. Оказалось, что эти микроорганизмы широко распространенны среди различных членистоногих, но в природе заражение микроорганизмами Wolbachia у переносчика малярии не установлено. Получение вариантов, инфицирующих комаров потребовало нескольких лет работы, в ходе которых проходила адаптация патогена на клеточных культурах. Эндосимбионт передается я через цитоплазму яйцеклетки. При скрещивании инфицированных самцов и неинфицированных самок потомство гибнет, однако потомство инфицированной самки выживает в любом случае. Присутствие  Wolbachia в организме комара блокирует развитие других патогенов, в том числе малярийного плазмодия, но этот эффект будет выраженным только если симбионт будет присутствовать в достаточном количестве и заселять различные ткани хозяина. Достичь этого сложно, поскольку заражение взрослых насекомых вызывает лишь соматическую инфекцию, не передающуюся в потомство, и не распространяющуюся по всему организму. Для эффективного инфицирования насекомых, заражение Wolbachia проводится путём трудоёмкой процедуры – инъекции в эмбрионы. Поскольку распространяться эндосимбионт будет только среди представителей вида, к которому принадлежали заражённые особи, использование Wolbachia будет эффективно в очагах, где представлен только один вид переносчика.

Использование различных патогенных грибов может быть методом контроля малярии, для этого подходят представители родов Coelomomyces, Culicinomyces, Beauveria, Metarhizium, Lagenidium и Entomophthora. В отличие от многих других патогенов, для заражения такими грибами достаточно только внешнего контакта с хозяином. Кроме того, распылённые споры грибов остаются опасными для насекомых ещё несколько месяцев. Смертность среди комаров, содержащих малярийный плазмодий при заражении грибами выше, чем среди комаров, подвергшихся заражению только грибами. Кроме того, в комарах, поражённых грибами, снижается выживаемость плазмодия. Генетически модифицированные грибы, например штамм Metarhizium, продуцирующий противомалярийные пептиды, могут также применяться для контроля малярии.

Проводились и попытки использовать другие организмы, патогенные для комаров, Это были и простейшие, и нематоды, и вирусы. Вирусы денсонуклеоза, вызывающие заболевания насекомых, модифицированные таким образом, что при инфекции повышалась экспрессия гена, продукт которого участвует в подавлении плазмодия хозяином, кроме того, эти вирусы передаются потомству.

Гены хоминг-эндонуклеаз (HEGs) – класс генетических элементов, обнаруженный у микроорганизмов. Они кодируют эндонуклеазу, распознающую участок от 18 до 30 пн, представленный в геноме единственной копией. В середину этого участка и встраивается последовательность гена эндонуклеазы, а если в геноме есть вторая копия такой последовательности, то в неё вносится разрыв. При репарации разрыва с участием другой хромосомы ген копируется в место разрыва. Такой белок, направленный на какой-либо сайт в геноме комара можно сконструировать, и, затем, создать комаров, содержащих полученный ген. Например, так можно воздействовать на жизнеспособность потомства комаров или на их способность к распространению инфекции, блокируя отдельные гены. Может быть создан и HEG, распознающий повторы хромосомы X, который можно встроить в контролирующие мейоз последовательности хромосомы Y. При этом количество самок в популяции резко снизится: хромосома X будет разрушаться при формировании мужских половых клеток. Нужно учитывать, что помимо репарации с участием гомологичной последовательности в другой хромосоме, при разрыве могут использоваться и другие механизмы, которые могут привести к изменению последовательности и потере возможности ингибировать данный ген описанным путём. Чтобы не допустить частичного эффекта, связанного с резистентностью, необходимо выбирать такие сайты, изменения в которых маловероятны.

Сокращение популяции вектора может привести к отбору более вирулентных вариантов патогена. Не исключено, что при использовании методов, приводящих к тому, что на конкретной территории переносчик больше не сможет выполнять функцию распространения патогена, патоген успеет адаптироваться к другому виду, также населяющему эту территорию. Также и у переносчика может выработаться устойчивость практически к любому способу воздействия на популяцию. Кроме того, методы, меняющие состав сообщества или связанные с распространением генетически-модифицированных организмов в биосфере должны применяться с осторожностью. Тем не менее, эти решения позволят контролировать одно из наиболее распространённых и опасных заболеваний.