Lotta alla malaria: modificare i vettori può essere la soluzione?

About half of the world's population is at risk of malaria. It’s caused by a protozoan and it is transmitted through the bite of female Anopheles mosquitoes. The traditional tools used for vector control are no longer sufficient: mosquito resistance to insecticides threatens efforts to contain and eradicate malaria. For this reason, methods of control that can influence the sex ratio of the offspring of insects have been sought. Genetic elements such as sex chromosome gene drives have been found to lead to female infertility, or to unisex populations, which eventually collapse. In this work, three articles will be analyzed, concerning CRISPR-Cas9 genetically modified vectors to obtain gene drive constructs capable of suppressing a population of mosquitoes. In the first article, the effects related to the interruption of AGAP005958, AGAP011377, AGAP007280, which are three female fertility genes, are analyzed. Through CRISPR-Cas9 gene drive constructs are inserted into each locus, causing a recessive phenotype of female infertility, and AGAP007280 in particular was found to be capable of impairing female reproduction. The second article focuses on another gene, doublesex, whose transcript, undergoing alternative splicing, can guide the development of a male (AgdsxM) or female (AgdsxF) organism. By targeting a conserved region present only in the female transcript with CRISPR-Cas9, functional AgdsxF formation was blocked. This did not affect male development or fertility, while females homozygous for the discontinued allele exhibited an intersex phenotype and complete infertility. Cas9-resistant variants have sprung up, but they haven't blocked the drive's spread. Finally, in the last article, the SDGD (sex distorter gene drive) system is analyzed, which places on the same construct a sex distorter, the endunuclease I-Ppol, and CRISPR-Cas9. The researchers optimized this system and tested it both on the three fertility genes AGAP005958, AGAP011377, AGAP007280, and on doublesex. SDGD has proven to be more efficient than a standard gene drive, because it reduces the number of females capable of transmitting malaria faster, and no resistances have emerged capable of blocking the spread of the construct.

Circa metà della popolazione mondiale è a rischio di malaria. Quest’ultima è causata da un protozoo e si trasmette con il morso delle zanzare Anopheles femmine. Gli strumenti tradizionali utilizzati per il controllo del vettore ormai non sono più sufficienti: la resistenza delle zanzare agli insetticidi minaccia gli sforzi per contenere ed eradicare la malaria. Per questo motivo, sono stati a lungo cercati metodi di controllo in grado di influenzare il rapporto tra i sessi della prole degli insetti. Si è scoperto che elementi genetici come i gene drive dei cromosomi sessuali possono portare alla sterilità femminile, oppure a popolazioni unisex, che alla fine collassano. In questo elaborato saranno analizzati tre articoli, riguardanti i vettori geneticamente modificati con CRISPR-Cas9 per ottenere dei costrutti gene drive capaci di sopprimere anche totalmente una popolazione di zanzare. Nel primo articolo, vengono analizzati gli effetti relativi all’interruzione di AGAP005958, AGAP011377, AGAP007280, che sono tre geni della fertilità femminile. Tramite CRISPR-Cas9 vengono inseriti costrutti gene drive in ogni locus, causando un fenotipo recessivo di sterilità femminile, ed è stato osservato che AGAP007280 in particolare era in grado di compromettere la riproduzione femminile. Il secondo articolo si concentra su un altro gene, doublesex, il cui trascritto, subendo splicing alternativo, può guidare lo sviluppo di un organismo maschile (AgdsxM) o femminile (AgdsxF). Andando a bersagliare con CRISPR-Cas9 una regione conservata presente solo nel trascritto femminile, è stata bloccata la formazione AgdsxF funzionale. Ciò non ha influenzato lo sviluppo maschile o la fertilità, mentre le femmine omozigoti per l'allele interrotto hanno mostrato un fenotipo intersessuale e completa sterilità. Sono sorte varianti resistenti a Cas9, ma non hanno bloccato la diffusione del drive. Infine, nell’ultimo articolo, viene analizzato il sistema SDGD (sex distorter gene drive), che pone sullo stesso costrutto un distorsore sessuale, l’endunucleasi I-Ppol, e CRISPR-Cas9. I ricercatori hanno ottimizzato questo sistema, e l’hanno testato sia sui tre geni della fertilità AGAP005958, AGAP011377, AGAP007280, che su doublesex. SDGD si è dimostrato più efficiente di un gene drive standard, perché riduce il numero di femmine in grado di trasmettere la malaria più velocemente, e non sono comparse resistenze capaci di bloccare la diffusione del costrutto.