Muggen zijn briljant in twee dingen:ze brengen ellende voor de mens en verpesten snel alle pogingen om ze te stoppen.

Maar onderzoekers van UC Riverside hebben een zwak punt gevonden in de genen die muggen zo goed maken in het aanpassen aan de insecticiden die mensen gebruiken om ze op afstand te houden.

Het vermogen om zich aan te passen is een cruciaal overlevingsinstrument voor de meeste soorten, zei Colince Kamdem, postdoctoraal onderzoeker in entomologie aan de UCR. "Een van de belangrijkste voordelen van muggen is dat ze extreem polymorf zijn, wat betekent dat ze een hoge mate van natuurlijke diversiteit hebben, een echt groot voordeel bij het aanpassen aan veel verschillende omstandigheden."

Kamdem en zijn collega's groeven in de chromosomen van de virulente Anopheles funestus muggensoort, in de hoop zijn snelle aanpassingsvermogen beter te begrijpen. Ze kozen voor deze soort vanwege zijn extreme efficiëntie bij het verspreiden van de meest dodelijke malariaparasieten over een groot deel van Afrika bezuiden de Sahara.

De onderzoekers ontdekten dat de genetische diversiteit die muggen zo aanpasbaar maakt zich voornamelijk in slechts een van de vijf chromosoom "armen" in de soort bevindt. De andere vier chromosoomarmen zijn relatief stabiel en onveranderlijk, wat betekent dat ze uitstekende kandidaten kunnen zijn voor gentechnologie, zei Kamden.

Gene drive-systemen zijn veelbelovend gebleken voor het toevoegen van gunstige of schadelijke genen aan een populatie die erfelijk, wat betekent dat de veranderingen doorgaan met nieuwe nakomelingen. In het geval van A. funestus, het doel zou zijn om de mug uit te roeien door zijn genen te manipuleren.

Het mooie van gene drive-systemen is dat de veranderingen binnen de doelsoort zouden blijven - andere soorten muggen intact latend - zonder het gebruik van insecticiden, waaraan muggen zich in slechts enkele jaren snel lijken aan te passen.

Maar er is een probleem. Onderzoekers hebben ontdekt dat de nieuwe genensporen kunnen instorten als er mutaties optreden in het doelgen. Dat betekent dat de nieuwe genen moeten worden ingevoegd in delen van het genoom met zeer weinig permanente genetische variatie, dat is, lage niveaus van recombinatie of polymorfisme.

Daarom zijn Kamdem en zijn team zo enthousiast over hun bevindingen.

"We zijn op zoek naar zwakke punten in de natuurlijke populatie die hen geschikt maakt voor specifieke technieken, zoals genetische manipulatie, ' zei hij. 'We zijn er vrij zeker van dat we de achterdeur hebben gevonden.'

De vier chromosoomarmen in A. funestus zijn relatief stabiel, met zeer lage niveaus van recombinatie en polymorfisme.

"(Dat) maakt deze soort bijzonder geschikt voor gene drive-werk, ' zei Kamdem.

Kamdem, een inwoner van de Afrikaanse natie Kameroen, heeft persoonlijke ervaring met de verwoesting van malaria, een ziekte veroorzaakt door Plasmodium-parasieten die op mensen worden overgedragen door de beet van geïnfecteerde vrouwelijke Anopheles-muggen.

in 2015, er waren 212 miljoen gevallen van malaria over de hele wereld, en 429, 000 doden, volgens de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO). In totaal liepen 91 landen – bijna de helft van de wereldbevolking – risico op malaria, inclusief populaties in Zuidoost-Azië, Latijns Amerika, en het Midden-Oosten, volgens gegevens van de WHO. Maar Afrika, met name Afrika bezuiden de Sahara, was de thuisbasis van 90 procent van de malariagevallen en 92 procent van de malariadoden in 2015.

Terwijl hij onderzoek deed in Kameroen, Kamdem ontmoette collega UCR-postdoctoraal onderzoeker Caroline Fouet, en UCR Entomologie Professor Bradley J. White, die nu werkt met Google's Verily Life Sciences-project voor de uitroeiing van muggen.

De drie werkten samen aan dit onderzoek, en hoewel de resultaten veelbelovend zijn, er moet nog veel meer worden gedaan voordat gen-drive-wetenschappers kunnen beginnen met het manipuleren van het genoom van de mug, zei Kamdem.

De volgende fase van hun onderzoek omvat een diepere kijk op de genen in die stabiele chromosoomarmen om een ​​soort gedetailleerde kaart te bieden voor gene drive-wetenschappers.

"Met de technieken die we momenteel implementeren, de resolutie zal een orde van grootte hoger zijn dan wat we nu hebben, "Zei Kamdem. "Het detailniveau kan zelfs specifieke posities van verschillende genen opleveren, dus we zullen in staat zijn om uitzonderlijk gedetailleerd te zijn over het genprotocol."

Kamdem waarschuwt dat genetische manipulatie ook enkele hindernissen moet overwinnen voordat het een haalbare optie is in de oorlog tegen door insecten overgedragen ziekten. maar na jarenlang te hebben gekeken naar het genoom van muggen, passen ze zich snel aan een verscheidenheid aan nieuwe insecticiden aan, hij is hoopvol over het potentieel van het gebruik van gene drive-systemen om eindelijk het aangeboren vermogen van A. funestus om zich aan te passen en te overleven te slim af te zijn.

Hun bevindingen, "Chromosoomarmspecifieke patronen van polymorfisme geassocieerd met chromosomale inversies in de belangrijkste Afrikaanse malariavector, Anopheles funestus, " werden gepubliceerd in het tijdschrift Moleculaire ecologie op 21 aug.