Sproeien insecticide om muggen te doden: Muggen zijn vectoren van vele verwoestende ziekten zoals malaria. Sukjanya / Shutterstock.com

Klamboe. Insecticiden. Steriele en genetisch gemodificeerde insecten. Nu voegen wetenschappers er een toe genetisch gemanipuleerde giftige schimmel naar het arsenaal aan wapens om muskieten uit te roeien die de malariaparasiet dragen.

Hoewel insecticiden en insecticide-geregen bednetten, veruit de twee meest gebruikte strategieën, het aantal infecties en sterfgevallen effectief hebben verlaagd, de wereldwijde malaria-last is de afgelopen jaren niet afgenomen. In 2017, 219 miljoen mensen waren besmet met malaria en een geschatte 435,000 stierf. Dat is omdat muggen ontwikkelen resistentie tegen insecticiden.

An Malariamug mug die een bloedmaaltijd van een menselijke gastheer neemt. Het is in de loop van deze bloedmaaltijden dat muggen malaria overbrengen op mensen. CDC

De snelle evolutie van resistentie is een veel voorkomend en terugkerend thema in onze wapenwedlopen tegen malaria die muggen overbrengt, maar ook tegen plagen en ziekteverwekkers in het algemeen. Na een tijdje, organismen muteren en evolueren weerstand voor elk nieuw medicijn dat wordt gebruikt om ze te doden. Geen wonder dat mensen altijd aan de verliezende kant belanden; dat is waarom een ​​nieuw wapen nodig is. En de nieuwste is een moordenaarsschimmel.

Moordenaars bestrijden met moordenaars

Als evolutionaire bioloog die schimmels bestudeert, Ik ben bekend met het vermogen van deze organismen om verwoestende ziekten in verschillende te veroorzaken planten en dieren, inclusief mensen. Hoewel veel schimmelpathogenen een breed scala aan gastheren infecteren, anderen kunnen slechts een select aantal aanvallen.

Dit inzicht heeft wetenschappers naar een nieuwe strategie geleid voor het bestrijden van malaria: het infecteren en doden van ziekteverwekkende muggen met schimmelpathogenen die ze in de natuur tegenkomen. Dit is niet de eerste keer dat schimmels worden bewapend. In feite is dit precies de strategie achter het zeer succesvolle biologische pesticide, Groene spier, die sprinkhanen en sprinkhanen over de hele wereld doodt.

Muggen infecteren met hun natuurlijke ziekteverwekkers - zoals de pathogene schimmels van het geslacht Metarhizium - is een bijzonder aantrekkelijke strategie omdat, in tegenstelling tot bacteriële of virale pathogenen, schimmels kunnen muggen infecteren door ze eenvoudigweg in contact te brengen met muggen en hoeven niet te worden ingenomen. Schimmels zijn over het algemeen ook vriendelijker voor het milieu dan traditionele chemische insecticiden. Maar werkt deze strategie?

Vijftien jaar geleden, een veldproef op het platteland van Tanzania heeft aangetoond dat dit kon. Door katoenen vellen te laten beënten met insectendodende schimmels op de plafonds van huizen waar muggen rusten, werd een derde van de muggen besmet. Volgens malariatransmissiemodellen, zoals een infectiepercentage kon gevallen van malaria verminderen met 75%.

Maar Metarhizium schimmels, zoals de Tanzaniaanse veldproef liet zien, zijn niet altijd in staat om hun muggengastheren te infecteren. En schimmelinfecties duren meestal enkele dagen om muggen te doden. In het lab duren schimmels gemiddeld tussen de zeven en negen dagen om de muggen te doden, afhankelijk van de dosis. Brian Lovett, een afgestudeerde student die werkt Het laboratorium van Ray St. Leger en Etienne Bilgo, een postdoctorale persoon die werkt met entomoloog Abdoulaye Diabate, dachten dat ze meer muggen zouden kunnen infecteren en sneller zouden doden.

Hoe? Door schimmels te gebruiken die genetisch waren gemodificeerd om een ​​toxine te produceren, genaamd "Hybride", dat specifiek het zenuwstelsel van geleedpotigen aanvalt, een groep die insecten en hun verwanten omvat, zoals spinnen en schaaldieren. Eerdere laboratoriumexperimenten in 2017 door hetzelfde team hadden dat al aangetoond deze GM-schimmels doodden muggen sneller dan niet-gemodificeerde muggen.

De grote vraag was nu of het in de natuur werkte.

Het MosquitoSphere-team bestaat uit auteurs op het papier en lokale vrijwilligers uit Soumousso, Burkina Faso. Achterste rij (van links naar rechts): Etienne Bilgo, Oliver Zida, Bema Ouattara; Middelste rij: Boureima Saré, Judicael Zida, Brian Lovett, Moussa Ouattara, MichaÏlou Sanfo en Bamory Ouattara; Eerste rij: Yaya Ouattara en Jacques Gnambani. Brian Lovett, CC BY-SA

GM-schimmels doden muggen sneller en doen de populaties afnemen

Om de risico's van veldtesten te verminderen, testten Lovett en Bilgo hun GM-schimmel in de "MosquitoSphere, "Een groot, speciaal ontworpen afgeschermd veld ontworpen om nauw aan te sluiten bij de buitenomstandigheden in Soumousso, Burkina Faso. Door hutten op te zetten met katoenen lakens die sporen van gg-toxineproductie bevatten Metarhizium zowel schimmels als degenen met niet-gemodificeerde schimmels als controles, Lovett en Bilgo vonden dat 70% tot 80% van de muggen in beide soorten hutten was geïnfecteerd. Maar muggen in hutten met GM-schimmels stierf binnen gemiddeld vijf dagen terwijl muggen in hutten met niet-gemodificeerde schimmels stierven na bijna negen dagen.

De hutten van MosquitoSphere in Soumousso, Burkina Faso, waar de experimenten met GM-dodelijke giftige schimmels plaatsvonden. Brian Lovett

Door te onderzoeken hoe muggenpopulaties in de loop van de tijd vergaan, ontdekten ze dat ook GM-fungi infecteerden meerdere generaties muggen. In een behuizing met GM-schimmels stortte een eerste populatie van 1,500-muggen in na slechts anderhalve maand tot net 13.

Belofte en risico's

Door een dodelijke schimmelpathogeen met een krachtige toxine genetisch te bewapenen, konden de onderzoekers de muggenveldpopulatie drastisch verminderen in een deel van de wereld waar malaria endemisch is en muggen resistent zijn tegen chemische insecticiden.

Er is een dringende behoefte aan het tegengaan van malaria-overdracht, met name in Sub-Sahara Afrika, waar 92% van de gevallen en 93% van de sterfgevallen optreden. Samen, de VS Environmental Protection Agency's goedkeuring van het hybride toxine onder de handelsnaam Versitude en de goedkeuring van het gebruik van niet-gewijzigd Metarhizium schimmels als een "biopesticide" door verschillende Afrikaanse landen, kan de weg vrijmaken voor groen licht voor het gebruik van genetisch gemodificeerd Metarhizium schimmels in de strijd tegen malaria.

Aan de andere kant werpt het vrijgeven van schimmels met een dodelijk insectentoxine bezorgdheid op over onbedoelde schade aan "niet-doel" insecten. Metarhizium schimmels infecteren slechts een klein aantal insecten en experimenten waarbij niet-doelgerichte insectenzoals honingbijen, die geïnfecteerd waren met zowel de GM als ongemodificeerde schimmels hadden geen invloed op de overleving van de bij. Zelfs als het gen zijn weg vindt naar schimmels die mensen infecteren - een hoogst onwaarschijnlijk scenario - zou het geen gevolgen voor ons hebben omdat het toxine alleen werkt op insecten.

Beperking van de verspreiding van het gen dat het hybride toxine produceert in andere organismen dan Metarhizium schimmels is een andere potentiële zorg. Een veiligheidsmaatregel zou kunnen zijn om toe te voegen genetische schakelaars die overleving verminderen van de schimmel buiten de binnenomgeving. Maar er zijn ook verschillende inherente kenmerken van Metarhizium schimmels - zoals hun grote, niet-lucht en gevoelig voor ultraviolet-licht sporen - die de kans op verspreiding verminderen.

Hoewel veelbelovend, is deze strategie van het in wezen vergiftigen van muggen met genetisch gemanipuleerde paddenstoelen niet gegarandeerd. Muggen kunnen hier weerstand tegen ontwikkelen. Maar met honderdduizenden mensen die elk jaar doodgaan in dit dodelijke spel tegen ziekteverwekkers, is misschien de enige zekerheid dat we, net als onze tegenstanders, onze strategieën ook moeten blijven ontwikkelen.

Over de auteur

Antonis Rokas, Cornelius Vanderbilt Voorzitter in Biological Sciences en hoogleraar Biological Sciences and Biomedical Informatics, Vanderbilt University

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.

books_environmental