การดัดแปลงพันธุกรรมป้องกันยุงไม่ให้แพร่เชื้อมาลาเรีย

ยุงฆ่าคนในแต่ละปีมากกว่าสัตว์ชนิดอื่น ในปี พ.ศ. 2566 แมลงดูดเลือดเหล่านี้ทำให้ผู้คนติดเชื้อมาลาเรียประมาณ 263 ล้านคน ส่งผลให้มีผู้เสียชีวิตเกือบ 600,000 ราย ซึ่ง 80% เป็นเด็ก

ความพยายามล่าสุดในการหยุดยั้งการแพร่ระบาดของโรคมาลาเรียต้องหยุดชะงักลง เนื่องจากยุงมีความต้านทานต่อยาฆ่าแมลง และปรสิตที่ทำให้เกิดโรคมาลาเรียก็ดื้อต่อยา อุปสรรคเหล่านี้ยิ่งทวีความรุนแรงขึ้นจากการระบาดใหญ่ของโควิด-19 ซึ่งทำให้ความพยายามในการควบคุมโรคมาลาเรียที่กำลังดำเนินอยู่มีความซับซ้อนมากขึ้น

ปัจจุบันนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโก มหาวิทยาลัยจอห์นส์ฮอปกินส์ มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียเบิร์กลีย์ และมหาวิทยาลัยเซาเปาโล ได้พัฒนาวิธีการใหม่ที่สามารถยับยั้งพันธุกรรมความสามารถของยุงในการแพร่เชื้อมาลาเรียได้

นักชีววิทยา จื้อเฉียน ลี่ และ อีธาน เบียร์ จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโก และ เยว่เหม่ย ตง และ จอร์จ ดิโมปูลอส จากมหาวิทยาลัยจอห์นส์ ฮอปกินส์ ได้คิดค้นระบบตัดต่อยีนที่อาศัย CRISPR ซึ่งเปลี่ยนแปลงโมเลกุลเดี่ยวในร่างกายของยุง ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยแต่มีประสิทธิภาพในการหยุดยั้งการแพร่กระจายของปรสิตมาลาเรีย ยุงที่ถูกดัดแปลงพันธุกรรมยังคงสามารถกัดผู้ติดเชื้อและรับปรสิตจากเลือดได้ แต่จะไม่สามารถแพร่เชื้อไปยังผู้อื่นได้อีกต่อไป ระบบใหม่นี้ถูกออกแบบมาเพื่อแพร่กระจายลักษณะต้านทานมาลาเรียทางพันธุกรรม จนกว่าแมลงเหล่านี้ทั้งหมดจะไม่มีปรสิตชนิดนี้อีกต่อไป

“การเปลี่ยนกรดอะมิโนหนึ่งชนิดในยุงไปเป็นกรดอะมิโนอีกชนิดหนึ่งที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ ซึ่งขัดขวางการติดเชื้อจากปรสิตมาลาเรีย และการแพร่กระจายการกลายพันธุ์ที่เป็นประโยชน์นั้นไปทั่วประชากรยุง ถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญ” เบียร์ ศาสตราจารย์ประจำภาควิชาชีววิทยาเซลล์และพัฒนาการ คณะวิทยาศาสตร์ชีวภาพ มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโก กล่าว “ยากที่จะเชื่อว่าการเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยเช่นนี้ จะสามารถส่งผลกระทบร้ายแรงได้”

ระบบใหม่นี้ใช้ CRISPR-Cas9 เป็น “กรรไกรทางพันธุกรรม” และนำ RNA ไปตัดบริเวณจีโนมของยุงอย่างแม่นยำ จากนั้นจะแทนที่กรดอะมิโนที่ไม่ต้องการซึ่งเอื้อต่อการแพร่กระจายของมาลาเรียด้วยกรดอะมิโนที่มีประโยชน์ซึ่งขัดขวางกระบวนการนี้

ระบบนี้มุ่งเป้าไปที่ยีนที่เข้ารหัสโปรตีนชนิดหนึ่งที่รู้จักกันในชื่อ FREP1 โปรตีนชนิดนี้ช่วยให้ยุงเจริญเติบโตและดูดเลือดเมื่อกัด ระบบใหม่นี้จะแทนที่กรดอะมิโน L224 ใน FREP1 ด้วยอัลลีล Q224 ที่แตกต่างกัน ปรสิตเหล่านี้ใช้ L224 เพื่อเข้าถึงต่อมน้ำลายของแมลง ซึ่งพวกมันเตรียมที่จะติดเชื้อโฮสต์ตัวใหม่

ดร. ดิโมปูลอส ศาสตราจารย์ประจำภาควิชาจุลชีววิทยาโมเลกุลและวิทยาภูมิคุ้มกัน และสมาชิกสถาบันวิจัยมาลาเรีย คณะสาธารณสุขศาสตร์ มหาวิทยาลัยจอห์นส์ ฮอปกินส์ บลูมเบิร์ก และห้องปฏิบัติการของเขาได้ทดสอบสายพันธุ์ยุงก้นปล่อง Anopheles stephensi ซึ่งเป็นพาหะนำโรคมาลาเรียหลักในเอเชีย พบว่าการแทนที่ L224 ด้วย Q224 มีประสิทธิภาพในการยับยั้งปรสิตมาลาเรียสองชนิดไม่ให้เข้าสู่ต่อมน้ำลาย จึงช่วยป้องกันการติดเชื้อได้

“ข้อดีของแนวทางนี้คือเราใช้อัลลีลที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติของยีนยุง ด้วยการเปลี่ยนแปลงที่แม่นยำเพียงครั้งเดียว เราเปลี่ยนมันให้กลายเป็นเกราะป้องกันอันทรงพลังที่ป้องกันปรสิตมาลาเรียได้หลายสายพันธุ์ และน่าจะป้องกันได้ในประชากรยุงและสายพันธุ์ที่แตกต่างกัน วิธีนี้เปิดประตูสู่กลยุทธ์การควบคุมโรคที่ปรับเปลี่ยนได้และใช้งานได้จริง”
จอร์จ ดิโมปูลอส กล่าว

ในการทดสอบครั้งต่อๆ มา นักวิจัยพบว่าแม้การเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมจะป้องกันไม่ให้ปรสิตเข้าสู่ร่างกาย แต่การเจริญเติบโตและการสืบพันธุ์ของยุงไม่ได้รับผลกระทบ ยุงที่มี Q224 เวอร์ชันใหม่สามารถดำรงชีวิตได้เช่นเดียวกับยุงที่มีกรดอะมิโน L224 เวอร์ชันเดิม ซึ่งถือเป็นความสำเร็จที่สำคัญ เนื่องจากโปรตีน FREP1 มีบทบาทสำคัญในชีววิทยาของยุง โดยไม่เกี่ยวข้องกับบทบาทในการแพร่เชื้อมาลาเรีย

คล้ายกับระบบ “ยีนไดรฟ์” นักวิจัยได้พัฒนาวิธีการที่ช่วยให้ลูกยุงสามารถสืบทอดอัลลีล Q224 และแพร่กระจายไปทั่วประชากรยุง จึงสามารถหยุดยั้งการแพร่กระจายของปรสิตมาลาเรียได้ ระบบ “อัลลีลไดรฟ์” ใหม่นี้พัฒนาต่อยอดจากระบบที่คล้ายกันซึ่งเพิ่งพัฒนาขึ้นในห้องทดลองของเบียร์ ซึ่งช่วยย้อนกลับพันธุกรรมความต้านทานต่อยาฆ่าแมลงในศัตรูพืชทางการเกษตร

“ในการศึกษาครั้งก่อน เราได้สร้างแรงผลักดันที่ยุติตัวเองได้ ซึ่งเปลี่ยนประชากรแมลงวันผลไม้จากที่ดื้อต่อยาฆ่าแมลงกลับไปเป็นไวต่อยาฆ่าแมลง จากนั้นองค์ประกอบทางพันธุกรรมแบบคาสเซ็ตต์ก็จะหายไป เหลือเพียงประชากร 'ที่ดุร้าย' เท่านั้น” เบียร์อธิบาย “ระบบผีที่คล้ายกันนี้สามารถเปลี่ยนประชากรยุงให้เป็นพาหะของ FREP1Q สายพันธุ์ที่ดื้อต่อปรสิตได้”

แม้ว่านักวิจัยจะแสดงให้เห็นว่าการแทนที่ L224 ด้วย Q224 มีประสิทธิภาพ แต่พวกเขายังไม่เข้าใจอย่างถ่องแท้ว่าเหตุใดการเปลี่ยนแปลงนี้จึงได้ผลดีนัก ขณะนี้กำลังมีการศึกษาเพิ่มเติมเพื่อศึกษาว่ากรดอะมิโน Q224 ปิดกั้นเส้นทางการเข้าของปรสิตได้อย่างไร

“ความก้าวหน้าครั้งนี้เป็นผลมาจากการทำงานเป็นทีมที่ไร้ที่ติและนวัตกรรมจากสถาบันทางวิทยาศาสตร์ต่างๆ” ดิโมปูลอสกล่าวเสริม “เราร่วมกันใช้เครื่องมือทางพันธุกรรมของธรรมชาติเพื่อเปลี่ยนยุงให้กลายเป็นพันธมิตรในการต่อสู้กับโรคมาลาเรีย”

การศึกษานี้ได้รับการตี พิมพ์ในวารสารNature