В зависимости от того, где вы живете, жужжание ближайшего комара может быть неприятным или смертельным. Во всем мире более 500 миллионов человек страдают от болезней, передающихся кровососущими насекомыми, включая малярию, лихорадку денге, лихорадку Зика и лихорадку Западного Нила, и каждый год около миллиона смертей связаны с болезнями, переносимыми комарами.
Исследователи из Университета Аризоны обнаружили в комарах белок, который имеет решающее значение для процесса производства жизнеспособных яиц и может проложить путь к «противозачаточным средствам от комаров».«Когда исследователи выборочно заблокировали активность белка, который они назвали фактором организации яичной скорлупы 1, или EOF-1, у самок комаров, комары откладывали яйца с дефектной яичной скорлупой, что приводило к гибели эмбрионов внутри.
В отчете, опубликованном в журнале открытого доступа PLoS Biology 8 января, команда показала, что EOF-1 существует только у комаров. Следовательно, любое лекарство, разработанное для того, чтобы вывести белок из строя, будет воздействовать только на комаров, а не на другие организмы.
Команда под руководством Джуна Исоэ, научного сотрудника лаборатории Роджера Мисфельда, заслуженного профессора UA и главы Департамента химии и биохимии, надеется, что этот подход может предложить способ прервать формирование яиц комаров. и сократить популяции комаров в районах передачи болезней человека, не нанося вреда полезным насекомым, таким как медоносные пчелы.
«Мы специально искали гены, которые были уникальными для комаров, а затем проверили их функциональную роль в синтезе яичной скорлупы», - говорит Исоэ. «Мы думаем, что можно сделать и другие открытия, используя тот же видоориентированный подход».
Исоэ впервые применила биоинформатический подход для поиска и идентификации генов, уникальных для комаров. Ни один из этих генов не был ранее известен в отношении их функции. Затем исследовательская группа создала небольшие молекулы РНК, которые специфически ингибируют каждый из белков, кодируемых генами. Этот метод, известный как РНК-интерференция, или РНК-интерференция, работает путем подавления молекул матричной РНК, которые служат чертежами для белков.
Сосредоточив внимание на ранее идентифицированных генах-кандидатах по одному, молекулы РНК-интерференции вводили самкам комаров прямо перед приемом пищи из крови. Кусаются только самки комаров, потому что им нужна кровь для производства яиц; самцы посещают цветы, чтобы пить нектар. После того, как самка комара поест кровь, у нее развиваются фолликулы, и для откладывания яиц требуется три дня.
Каждый отдельный комар был проверен на наличие жизнеспособного потомства. Было обнаружено, что из 40 специфичных для комаров генов только один, ген EOF-1, нарушает формирование яичной скорлупы и приводит к гибели эмбриона комара.
Самке комара нужна вторая порция крови, чтобы произвести следующую партию оплодотворенных яиц. Обычно эффект от введения РНК-интерференции сохраняется только в течение одного цикла яйцекладки, но в случае EOF-1 исследователи с удивлением обнаружили, что обработанные самки больше не могли производить жизнеспособные яйца до конца своих двух-трех циклов. продолжительность жизни в неделю, даже после трех последовательных приемов пищи с кровью.
«Этот длительный эффект делает белок EOF-1 очень привлекательной мишенью для лекарств», - говорит Мисфельд.
Изображения, полученные с помощью электронной микроскопии, показали, что когда у комаров дефицит белка EOF-1, самки откладывают яйца с яичной скорлупой ненормального вида. Хотя точная функция этого белка еще предстоит выяснить, Изоэ и Мисфельд полагают, что EOF-1 может действовать как главный переключатель в начале способности насекомых производить жизнеспособные яйца в ответ на кровяную муку.
Основываясь на этих результатах, команда разработала стратегию использования низкомолекулярных препаратов, которые избирательно воздействуют на комаров EOF-1 в районах мира, где распространены болезни человека, переносимые комарами, в результате чего из яиц никогда не вылупляются личинки.
«Мы думаем, что эта стратегия может иметь гораздо меньшую вероятность причинения вреда другим организмам, чем та, которая используется сегодня», - говорит Мисфельд. «Со времен ДДТ мы знали, что контроль популяции комаров помогает снизить заболеваемость человека. Это может быть инструмент нового поколения, который можно применять для надкроватных сеток и других мест, часто посещаемых комарами».
Из более чем почти 3 500 видов комаров, обитающих на всех континентах, кроме Антарктиды, три рода выделяются как переносчики болезней человека: комары рода Aedes переносят вирусы желтой лихорадки, денге, чикунгунья и Зика; Вирус Западного Нила распространяется комарами Culex; и комары Anopheles являются переносчиками малярии. Чтобы удостовериться, что нарушение EOF-1 не было специфичным для выведенных в лаборатории комаров, Исое протестировал его на штамме комаров Aedes aegypti, собранных в диких популяциях в районе Тусона, и обнаружил, что их яйца подвержены аналогичному воздействию.
«Ингибиторы, доступные в настоящее время для борьбы с комарами, используются так долго, что вредители становятся к ним устойчивыми», - говорит Мисфельд.«Наша идея состоит в том, чтобы снизить их популяцию до уровня, при котором вы сможете разорвать цикл передачи болезней между комарами и людьми».
В качестве первого шага к превращению открытия в приложение, которое можно было бы коммерциализировать, команда подала предварительный патент на процесс открытия для конкретных видов через офис передачи технологий UA, Tech Launch Arizona.