Paratransgenes
Paratransgenesis är en teknik som försöker eliminera en patogen från vektorpopulationer genom transgenes av en symbiont av vektorn. Målet med denna teknik är att kontrollera vektorburna sjukdomar . Det första steget är att identifiera proteiner som hindrar vektorarten från att överföra patogenen. Generna som kodar för dessa proteiner introduceras sedan i symbionten, så att de kan uttryckas i vektorn. Det sista steget i strategin är att introducera dessa transgena symbionter i vektorpopulationer i det vilda. En användning av denna teknik är att förhindra dödlighet för människor från insektsburna sjukdomar. Förebyggande metoder och nuvarande kontroller mot vektorburna sjukdomar är beroende av insekticider, även om vissa myggraser kan vara resistenta mot dem. Det finns andra sätt att helt eliminera dem. "Paratransgenesis fokuserar på att använda genetiskt modifierade insektssymbionter för att uttrycka molekyler i vektorn som är skadliga för patogener som de överför." De sura bakterierna Asaia symbionter är fördelaktiga för den normala utvecklingen av mygglarver; det är dock okänt vad Asais symbionter gör med vuxna myggor.
Det första exemplet på denna teknik använde Rhodnius prolixus som är associerad med symbionten Rhodococcus rhodnii . R. prolixus är en viktig insektsvektor för Chagas sjukdom som orsakas av Trypanosoma cruzi . Strategin var att konstruera R. rhodnii för att uttrycka proteiner som Cecropin A som är toxiska för T. cruzi eller som blockerar överföringen av T. cruzi .
Försök görs också i Tse-tse flugor med hjälp av bakterier och i malariamyggor med svampar, virus eller bakterier.
Används
Även om användningen av paratransgenes kan tjäna många olika syften, är ett av huvudsyften att "bryta sjukdomscykeln". Denna studie fokuserar på experimenten med tsetseflugor och trypanosomer, som orsakar sömnsjuka i Afrika söder om Sahara. Tsetseflugans överföringsbiologi studerades för att lära sig hur den överför sjukdomen. Detta gjordes för att hitta det bästa sättet att använda paratransgenes, vilket kunde hjälpa till att lösa överföring. I det här fallet användes paratransgenes för att skapa trypanocider som stoppar överföringen av trypanosomer i tsetseflugvektorn.
En annan sjukdom som orsakas av överföring av myggor till människor är malaria. Detta har varit ett pågående hälsoproblem eftersom det inte finns ett effektivt vaccin och malaria är dödligt. "Utvecklingen av innovativa kontrollåtgärder är en absolut nödvändighet för att minska malariaöverföringen." I denna studie fann man att när man använder paratransgenesis av Asaia (gfp) i dessa myggor, fanns det en lägre risk för sjukdomen. De använder anti-patogen effektormolekyler.
Ett annat exempel är honungsbin. En studie gjord 2012 fann att användning av mjölksyrabakterier kunde förbättra eller hjälpa till med honungsbins hälsa och matsmältning. Detta är en annan användning av paratransgenes och föreslogs eftersom Lactobacillus var ett enkelt mål för paratransgenes. Forskarna ville se om bibehållande av mikrobiomet i insektsmodellens tarmar skulle fungera för att hålla bina och hela kolonin friska. Det har skett en stor minskning av honungsbipopulationer och kolonier de senaste åren. Genom att använda paratransgenes hoppas forskare och biodlare kunna öka populationen av honungsbin.
Effekter
Experiment har visat att spridningen genom myggpopulationer är resistent mot parasiter framställda av den symbiotiska bakterien Serratia AS1. Stora farhågor hos tillsynsmyndigheter för frisättningen av sådana konstruerade bakterier på fältet visar att det inte fanns några alternativ för "återkallelse". "Serratia AS1 förlorar plasmider när den replikerar i myggor och i kultur, återgår till vildtyp och den horisontella överföringen av plasmiden från Serratia AS1 till andra bakterier är svår att upptäcka." Detta innebär att de första fältförsöken kan användas i det reversibla systemet förutom att de frigjorda rekombinanta bakterierna som uttrycker antiplasmodiska föreningar från en plasmid återgår till vildtyp i en viss hastighet.
"Paratransgenes är de genetiskt modifierade symbiotiska organismerna som blockerar patogenutveckling eller överföring av vektorer som använder uttryckande molekyler". Figur 2 visar An. gambiae och Ae. aegypti symbiotiska virus med hjälp av bakterier symbionter blodsugande, tsetseflugor och myggor. Symbionter som uttrycker molekyler som är inriktade på utveckling av patogener kan ha överföring i endemiska regioner. Liksom med transgenes, gynnas spridningen av transformerade symbionter av tillgången till ett gendrivsystem för att ersätta icke-transformerade symbionter som finns i naturliga vektorpopulationer, även i transgenes. Paratransgenesis minskar överföring av afrikanska trypanosomer av tsetseflugor. Den har förvandlat Sodalis , en symbiont av tsetseflugor som finns i mellantarmen och hemolymfen hos Glossina m. morsitans , Glossina sid. palpalis , Glossina austeni och Glossina brevipalpis och spottkörtlarna i Gl. sid. palpalis , som alla har överförts vertikalt via de kvinnliga mjölkkörtlarna. Vertikal överföring har GFP-transformerad (recSodalis) som upptäcktes i 9 av 12 F1-avkommor och åtta av 12 F2-avkomlingar, vilket har transformerat symbiont för att spridas över tsetsepopulationer. Detta resulterade i Sodalis isolerades från Gl. m. morsitans och Gl. fuscipes som transformerades med GFP, erhöll recSodalis koloniserade septiska icke-infödda tsetsevärdarter med en täthet som liknar infödd kolonisering.
En framtida riktning på vektorparatransgenes finns inom de naturliga insektspopulationerna och det har inte fastställts om transformerade symbionter kan ersätta icke-transformerade symbionter. Det finns inga effekter på insektsvärdar och kan överföras vertikalt (via trans-ovarian transmission) eller lateralt (på grund av matvanor) när det gäller symbionter. Wolbachia endosymbionts är ett gendrivet system och kan även påverka paratransgenes.
Wolbachia är intracellulära övergångsbakterier som kontrollerar reproduktionen av insekter via cytoplasmatisk inkompatibilitet (CI). " Wolbachia -oinfekterade honor kommer inte att häcka med infekterade hanar, vilket minskar frekvensen av oinfekterade individer och ökar frekvensen av Wolbachia -infekterade insekter i en population." Denna effekt kommer att få andra övergångskontrollerade transformerade symbionter att spridas inom en insektspopulation vilket ökar frekvensen. Dessa insekter inkluderar: Ae. aegypti, Aedes albopictus och Culex quinquefasciatus. Densovirus är ett exempel på hur spridningen omvandlas genom symbionter, som förekommer i de naturliga populationerna av myggor.
Under processen att utföra som en gendriven mekanism minskar Wolbachia -stammen myggans livslängd för patogenutveckling inuti myggan (känd som den yttre inkubationsperioden eller EIP). Eliminering av sjukdomsvektorerna är svår att behandla på grund av minskad vektorlivslängd för sin egen tillväxt från en kortare tillväxttid. Detta innebär att det riktar sig mot äldre myggor framför yngre och detta innebär också utvecklingssäkert för myggdödande biokontrollmedel. Det finns redan tid för ett selektivt tryck på patogenutveckling i Plasmodium-infekterade myggor för Anopheles (kärrmyggor) från 20 % till 40 % per gonotrofisk cykel, vilket resulterar i en förkortning av parasitens livscykel inom vektorn.
"Ett tillvägagångssätt är att minska vektorkompetens (linjär parameter) och vektoröverlevnad (exponentiell parameter). Båda effekterna tillsammans borde minska vektorkapaciteten och sjukdomsbördan i endemiska områden och förhindra överföring."
Sjukdomar
Vektorburna sjukdomar är vanliga; Därför kan arbetet med att förstå hur dessa sjukdomar överförs leda till bättre förebyggande av eller behandling av dessa sjukdomar. Vektorburna sjukdomar som malaria överförs från myggor till människor. Trypanosoma Cruz orsakar Chagas sjukdom, och det finns försök att använda paratransgenes för att förhindra spridningen av denna sjukdom. Strategin är att förändra mikroben och sedan återinföra den i insekten som har modifierats genetiskt för att förändra patogener. Artikeln "Paratransgen kontroll av vektorburna sjukdomar" diskuterar tillvägagångssättet för att förstå dessa sjukdomar. Human African Trypanosomiasis (sömnsjuka) är en sjukdom som drabbar många individer i Afrika söder om Sahara. Under det senaste decenniet har siffrorna varit nära en eliminering. Denna sjukdom passerar av flugor och de senaste ansträngningarna för att kontrollera denna sjukdom är mindre än 10 000 fall per år.
Behandling
Det finns många sjukdomar där paratransgenes kan förekomma, där den vanligaste är malaria. Uppsatsen "Utvärdering av användbarheten av paratransgenes för malariakontroll" beskriver det globala problemet med malaria, en orsak till betydande hälsoproblem. Den bärs av myggor och även om det mest användbara sättet att eliminera dem är att använda insekticider, är vissa myggarter resistenta mot insekticider. För att bekämpa insekticidresistenta myggor finns det genetiskt modifierat plasmodium som har skapats för att hjälpa till att förstöra myggtarmen. En annan studie "Att använda infektion för att bekämpa infektion: paratransgenesis svampar kan blockera malariaöverföring i myggor" visar anti-malaria effektorgener som injicerades i entomopatogen svamp, Metarhizium anisopliae. Därefter injicerades svampen i icke-infekterade myggor och uttrycktes i hemolymfen. Det intressanta med detta är när andra molekyler samuttrycktes, spottkörtlarna uttryckte malarianivåer upp till 98%.
För att utföra paratransgenes finns det flera krav:
- De symbiotiska bakterierna kan lätt odlas in vitro .
- Den kan modifieras genetiskt , till exempel genom transformation med en plasmid som innehåller den önskade genen.
- Den konstruerade symbionten är stabil och säker.
- Sambandet mellan vektor och symbiont kan inte dämpas.
- Fältleverans är lätt att hantera.