Mosquitos com 'escudo genético' incorporado impedem a malária - taxas de infecção caem 93%

Superando a resistência a inseticidas: como uma única modificação genética em mosquitos se autopropaga através de gerações, praticamente eliminando a transmissão da malária sem comprometer a sobrevivência.

Em um estudo publicado recentemente na Nature, uma equipe de cientistas examinou se o alelo glutamina 224 (Q224) na proteína 1 relacionada ao fibrinogênio (FREP1) torna os mosquitos Anopheles stephensi resistentes à infecção por Plasmodium, estimou os custos de sobrevivência associados a esse alelo e testou um sistema de acionamento genético alélico para disseminar essa mutação protetora pelas populações.

Pré-requisitos

Cerca de 600.000 pessoas morreram de malária em 2023, principalmente crianças na África Subsaariana e no Sul da Ásia. Os métodos tradicionais de controle – mosquiteiros, tratamentos com inseticidas e medicamentos antimaláricos – estão perdendo sua eficácia devido à resistência de mosquitos e parasitas. Tecnologias de transmissão genética que disseminam alelos benéficos entre as populações de mosquitos oferecem uma solução promissora e sustentável.

A proteína FREP1 ajuda os parasitas a atravessar o intestino médio do mosquito, mas a variante natural Q224 pode prevenir a infecção sem comprometer a biologia do mosquito. O objetivo era testar se esse alelo endógeno poderia ser distribuído com segurança para reduzir a transmissão da malária, mantendo a viabilidade do mosquito.

Sobre o estudo

Utilizando CRISPR/Cas9, foram criadas duas cepas de Anopheles stephensi que diferiam apenas no 224º aminoácido da proteína FREP1: uma selvagem com leucina (L224) e uma potencialmente protetora com glutamina (Q224). O RNA guia tinha como alvo uma região do íntron 126 pb a montante do códon, permitindo a recombinação homóloga com a inserção de um marcador fluorescente (GFP ou RFP).

A aptidão foi avaliada pelo comprimento da asa, fecundidade, eclodibilidade dos ovos, pupação, emergência dos adultos e expectativa de vida (análise de sobrevivência de Kaplan-Meier).

A competência do vetor foi determinada usando alimentação de membrana padrão de parasitas Plasmodium falciparum (humano) e Plasmodium berghei (roedor), com contagens de oocistos e esporozoítos em glândulas salivares.

O sistema de alelo direcionado incluiu um cassete com gRNA contra L224 e Cas9 sob o controle do promotor vasa. As frequências alélicas foram monitoradas usando marcadores fluorescentes em experimentos multiciclo (10 gerações). A genotipagem foi realizada por PCR, sequenciamento de Sanger e NGS. A modelagem bayesiana estimou a conversão alélica, os custos de adaptação e a dinâmica durante o acasalamento livre em laboratório.

Resultados

O alelo FREP1Q224 não causou perdas significativas na sobrevivência: comprimento da asa, fecundidade, eclosão, pupação e emergência de adultos foram idênticos aos do controle FREP1L224. Pequenas diferenças no tamanho e na expectativa de vida dos machos não afetaram a competitividade. Fêmeas virgens FREP1Q224 viveram tanto quanto os controles, e as fêmeas após a alimentação sanguínea apresentaram apenas uma ligeira diminuição na expectativa de vida.

Experimentos de desafio revelaram proteção acentuada em homozigotos.

• Em baixas concentrações de gametócitos de P. falciparum (0,08%):
  • A taxa de infecção caiu de 80% para ~30% no FREP1Q224;
  • Número médio de oocistos: de 3 a 0;
  • Esporozoítos em glândulas salivares: de >4000 a 0.
• Em gametocitemia mais alta (0,15%):
  • Número médio de oocistos: de ~32 a
  • Os esporozoítos também diminuíram drasticamente.
• Para P. berghei:
  • Número médio de oocistos: de 43 a 25;
  • Esporozoítos: de ~19.000 a 11.000.
• Heterozigotos (FREP1L224/Q224) não foram protegidos.

Eficiência de acionamento genético

• Em cruzamentos pareados, Cas9 + gRNA L224 converteu 50 a 86% dos alelos FREP1L224 em FREP1Q224;
• Com Cas9 materno, a frequência foi maior;
• Na 2ª geração, a frequência do alelo protetor atingiu 93%;
• A incidência de erro na via de reparo do NHEJ foi baixa (0–12%) e geralmente causou danos.
• Em populações de células com uma proporção doador:receptor de 1:3, a frequência de FREP1Q224 aumentou de 25% para >90% ao longo de 10 gerações;
• A frequência dos alelos NHEJ caiu de 5,4% para

A modelagem bayesiana apoiou a hipótese de alta conversão, baixa frequência de mutações estáveis e um efeito de mosaicismo estéril letal, onde homozigotos WT com o genótipo materno Cas9 sofreram mutações somáticas e sobrevivência reduzida.

Gerações posteriores mostraram supressão quase completa de oocistos de P. falciparum (mediana de 0 a 5,5), confirmando que a população havia se tornado amplamente refratária à transmissão do parasita.

O alelo protetor não tinha benefícios ocultos ou efeitos colaterais e era transmitido por impulso.

Conclusões

O estudo descobriu que a substituição de um único aminoácido na proteína FREP1 e a mudança de sua herança usando um gene drive poderiam tornar o Anopheles stephensi virtualmente imune à malária — tanto em humanos quanto em roedores — sem comprometer a viabilidade dos mosquitos.

Essa abordagem complementa medidas existentes (redes, inseticidas, medicamentos) cuja eficácia é reduzida pela resistência. Tal sistema também pode ser usado para restaurar a sensibilidade a inseticidas ou introduzir outros alelos protetores.

Antes que a tecnologia possa ser implementada, são necessárias estruturas ambientais, éticas e de governança rigorosas, bem como sistemas para controlar a disseminação.