Mosquitos con escudo genético incorporado frenan la malaria: las tasas de infección se reducen un 93%

Superar la resistencia a los insecticidas: cómo una única modificación genética en los mosquitos se autopropaga a través de generaciones, eliminando virtualmente la transmisión de la malaria sin comprometer la supervivencia.

En un estudio publicado recientemente en Nature, un equipo de científicos examinó si el alelo glutamina 224 (Q224) en la proteína 1 relacionada con el fibrinógeno (FREP1) hace que los mosquitos Anopheles stephensi sean resistentes a la infección por Plasmodium, estimó los costos de supervivencia asociados con este alelo y probó un sistema de impulso genético alélico para propagar esta mutación protectora a través de las poblaciones.

Prerrequisitos

Alrededor de 600.000 personas murieron a causa de la malaria en 2023, en su mayoría niños en África subsahariana y el sur de Asia. Los métodos tradicionales de control (mosquiteros, tratamientos con insecticidas, medicamentos antipalúdicos) están perdiendo su eficacia debido a la resistencia de los mosquitos y los parásitos. Las tecnologías de impulsión genética que propagan alelos beneficiosos entre las poblaciones de mosquitos ofrecen una solución prometedora y sostenible.

La proteína FREP1 ayuda a los parásitos a atravesar el intestino medio del mosquito, pero la variante natural Q224 puede prevenir la infección sin comprometer la biología del mosquito. El objetivo era comprobar si dicho alelo endógeno podía distribuirse de forma segura para reducir la transmisión de la malaria, manteniendo al mismo tiempo la viabilidad del mosquito.

Acerca del estudio

Mediante CRISPR/Cas9, se crearon dos cepas de Anopheles stephensi que diferían únicamente en el aminoácido 224 de la proteína FREP1: una cepa silvestre con leucina (L224) y una cepa potencialmente protectora con glutamina (Q224). El ARN guía se dirigió a una región intrónica 126 pb aguas arriba del codón, lo que permitió la recombinación homóloga mediante la inserción de una etiqueta fluorescente (GFP o RFP).

La aptitud física se evaluó mediante la longitud del ala, la fecundidad, la eclosión de los huevos, la pupación, la emergencia de los adultos y la esperanza de vida (análisis de supervivencia de Kaplan-Meier).

La competencia vectorial se determinó utilizando la alimentación estándar por membrana de parásitos Plasmodium falciparum (humano) y Plasmodium berghei (roedor), con recuentos de ooquistes y esporozoitos en las glándulas salivales.

El sistema de impulso alélico incluyó un casete con ARNg contra L224 y Cas9 bajo el control del promotor vasa. Las frecuencias alélicas se monitorizaron mediante marcadores fluorescentes en experimentos multiciclo (10 generaciones). La genotipificación se realizó mediante PCR, secuenciación de Sanger y NGS. El modelado bayesiano estimó la conversión alélica, los costes de adaptación genética y la dinámica durante el apareamiento libre en el laboratorio.

Resultados

El alelo FREP1Q224 no causó pérdidas significativas de supervivencia: la longitud del ala, la fecundidad, la eclosión, la pupación y la emergencia de los adultos fueron idénticas a las del control FREP1L224. Las pequeñas diferencias en el tamaño y la longevidad de los machos no afectaron la competitividad. Las hembras vírgenes FREP1Q224 vivieron tanto como los controles, y las hembras, tras la alimentación con sangre, solo mostraron una ligera disminución de su longevidad.

Los experimentos de desafío revelaron una marcada protección en los homocigotos.

• A bajas concentraciones de gametocitos de P. falciparum (0,08%):
  • La tasa de infección cayó del 80% a ~30% en FREP1Q224;
  • Número medio de ooquistes: de 3 a 0;
  • Esporozoitos en glándulas salivales: de >4000 a 0.
• A mayor gametocitemia (0,15%):
  • Número promedio de ooquistes: de ~32 a
  • Los esporozoitos también disminuyeron drásticamente.
• Para P. berghei:
  • Número medio de ooquistes: de 43 a 25;
  • Esporozoitos: de ~19.000 a 11.000.
• Los heterocigotos (FREP1L224/Q224) no estaban protegidos.

Eficiencia de la impulsión genética

• En cruces pareados, Cas9 + gRNA L224 convirtió entre el 50 y el 86 % de los alelos FREP1L224 en FREP1Q224;
• Con Cas9 materno, la frecuencia fue mayor;
• En la segunda generación, la frecuencia del alelo protector alcanzó el 93%;
• La incidencia de errores en la vía de reparación de NHEJ fue baja (0-12%) y generalmente causó daños.
• En poblaciones de células con una relación donante:receptor de 1:3, la frecuencia de FREP1Q224 aumentó del 25% a >90% a lo largo de 10 generaciones;
• La frecuencia de los alelos NHEJ cayó del 5,4% a

El modelo bayesiano respaldó la hipótesis de alta conversión, baja frecuencia de mutaciones estables y un efecto de mosaicismo estéril letal, donde los homocigotos WT con el genotipo Cas9 materno sufrieron mutaciones somáticas y supervivencia reducida.

Las generaciones posteriores mostraron una supresión casi completa de los ooquistes de P. falciparum (mediana de 0 a 5,5), lo que confirma que la población se había vuelto en gran medida refractaria a la transmisión del parásito.

El alelo protector no tenía beneficios ocultos ni efectos secundarios y se propagaba por impulso.

Conclusiones

El estudio descubrió que reemplazar un solo aminoácido en la proteína FREP1 y cambiar su herencia usando un impulso genético podría hacer que el Anopheles stephensi sea virtualmente inmune a la malaria, tanto en humanos como en roedores, sin comprometer la viabilidad de los mosquitos.

Este enfoque complementa las medidas existentes (mosquiteros, insecticidas, medicamentos) cuya eficacia se ve reducida por la resistencia. Este sistema también puede utilizarse para restaurar la sensibilidad a los insecticidas o introducir otros alelos protectores.

Antes de poder implementar la tecnología, se necesitan marcos ambientales, éticos y de gobernanza estrictos, así como sistemas para controlar su difusión.