Combattere la malaria con i funghi: ingegnere biologi un fungo per essere più letali per le zanzare

Combattere la malaria con i funghi: ingegnere biologi un fungo per essere più letali per le zanzare Spruzzo di insetticida per uccidere le zanzare: le zanzare sono vettori di molte malattie devastanti come la malaria. Sukjanya / Shutterstock.com

Reti del letto. Insetticidi. Insetti sterili e geneticamente modificati. Ora gli scienziati stanno aggiungendo a fungo tossico geneticamente modificato all'arsenale di armi per eliminare le zanzare che trasportano il parassita della malaria.

Sebbene gli insetticidi e le reti di letti con insetticida, di gran lunga le due strategie più utilizzate, abbiano effettivamente ridotto il numero di infezioni e morti, il peso della malaria globale non è diminuito negli ultimi anni. In 2017, 219 milione di persone sono stati infettati con la malaria e si stima che 435,000 sia morto. Questo perchè le zanzare si stanno evolvendo in resistenza agli insetticidi.

Combattere la malaria con i funghi: ingegnere biologi un fungo per essere più letali per le zanzare An Anofele zanzara che preleva un pasto di sangue da un ospite umano. È nel corso di questi pasti di sangue che le zanzare trasmettono la malaria agli umani. CDC

La rapida evoluzione della resistenza è un tema comune e ricorrente nelle nostre razze di armi contro la malaria che trasmette le zanzare, nonché contro i parassiti e gli agenti patogeni in generale. Col tempo, gli organismi mutano e evolvono la resistenza a qualsiasi nuovo farmaco che viene utilizzato per ucciderli. Non c'è da stupirsi che gli umani finiscano sempre sul lato perdente; ecco perché è necessaria una nuova arma. E l'ultimo è un fungo assassino.


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Combattere gli assassini con gli assassini

Come biologo evolutivo che studia i funghi, Ho familiarità con la capacità di questi organismi di causare malattie devastanti in diversi piante e animali, inclusi gli umani. Mentre molti agenti patogeni fungini infettano una vasta gamma di ospiti, altri possono attaccare solo pochi eletti.

Questa consapevolezza ha portato gli scienziati a una nuova strategia per combattere la malaria: infettare e uccidere le zanzare che trasmettono la malattia usando patogeni fungini che incontrano in natura. Questa non è la prima volta che i funghi sono stati armati. In effetti, questa è proprio la strategia alla base del pesticida biologico di grande successo, Muscolo verde, che uccide cavallette e cavallette in tutto il mondo.

Infettare le zanzare con i loro agenti patogeni naturali - come i funghi patogeni del genere Metarhizium - è una strategia particolarmente interessante perché, a differenza dei patogeni batterici o virali, i funghi possono infettare le zanzare semplicemente entrando in contatto con loro e non devono essere ingeriti. Inoltre, i funghi sono generalmente più rispettosi dell'ambiente rispetto agli insetticidi chimici tradizionali. Ma questa strategia funziona?

Quindici anni fa, una prova sul campo nelle zone rurali della Tanzania ha dimostrato che potrebbe. Appendendo dei fogli di cotone inoculati con funghi che uccidono insetti sui tetti delle case dove riposano le zanzare, un terzo delle zanzare è stato infettato. Secondo i modelli di trasmissione della malaria, tale tasso di infezione potrebbe ridurre i casi di malaria di 75%.

Ma Metarhizium fungo, come ha dimostrato la prova sul campo della Tanzania, non sono sempre in grado di infettare i loro ospiti di zanzare. E le infezioni fungine in genere richiedono diversi giorni per uccidere le zanzare. In laboratorio, i funghi impiegano in media tra sette e nove giorni per uccidere le zanzare, a seconda della dose. Brian Lovett, uno studente laureato che lavora in Il laboratorio di Ray St. Legere Etienne Bilgo, un post-dottore che lavora con entomologo Abdoulaye Diabate, pensavano di poter infettare più zanzare e ucciderle più velocemente.

Come? Usando funghi geneticamente modificati per produrre una tossina chiamata "Ibrido", che attacca specificamente il sistema nervoso degli artropodi, un gruppo che include insetti e parenti come ragni e crostacei. Precedenti esperimenti di laboratorio in 2017 effettuati dalla stessa squadra lo avevano già dimostrato questi funghi GM hanno ucciso le zanzare più velocemente di quelle non modificate.

La grande domanda ora era se funzionasse in natura.

Combattere la malaria con i funghi: ingegnere biologi un fungo per essere più letali per le zanzare Il team di MosquitoSphere è composto da autori sulla carta e volontari locali di Soumousso, Burkina Faso. Sul retro (da sinistra a destra): Etienne Bilgo, Oliver Zida, Bema Ouattara; Fila centrale: Boureima Saré, Judicael Zida, Brian Lovett, Moussa Ouattara, MichaÏlou Sanfo e Bamory Ouattara; Prima fila: Yaya Ouattara e Jacques Gnambani. Brian Lovett, CC BY-SA

I funghi GM uccidono le zanzare più velocemente, facendo schiantare le popolazioni

Per ridurre i rischi posti dai test sul campo, Lovett e Bilgo hanno testato il loro fungo GM nel "MosquitoSphere, "Un campo schermato progettato appositamente per adattarsi perfettamente alle condizioni esterne di Soumousso, Burkina Faso. Creando capanne con lenzuola di cotone che contenevano spore di OGM che producevano tossine Metarhizium funghi e quelli con funghi non modificati come controlli, Lovett e Bilgo hanno scoperto che 70% di 80% di zanzare erano infetti in entrambi i tipi di capanne. Ma zanzare in capanne con funghi GM morì entro una media di cinque giorni mentre le zanzare nelle capanne con funghi non modificati morirono dopo quasi nove giorni.

Combattere la malaria con i funghi: ingegnere biologi un fungo per essere più letali per le zanzare Le capanne di MosquitoSphere a Soumousso, nel Burkina Faso, dove si sono svolti gli esperimenti con i funghi micotici GM. Brian Lovett

Esaminando il modo in cui le zanzare sono state portate nel tempo, lo hanno scoperto I funghi GM hanno infettato più generazioni di zanzare. In un recinto con funghi GM, una popolazione iniziale di zanzare 1,500, è crollato a solo 13 dopo un mese e mezzo.

Promessa e rischi

Armando geneticamente un patogeno micidiale già micidiale con una potente tossina, gli investigatori sono stati in grado di ridurre drasticamente la popolazione di "campo" di zanzare in una parte del mondo in cui la malaria è endemica e le zanzare sono resistenti agli insetticidi chimici.

C'è un urgente bisogno di frenare la trasmissione della malaria in particolare nell'Africa sub-sahariana, dove 92% dei casi e 93% dei decessi si verificano. Insieme, l'Agenzia per la protezione ambientale degli Stati Uniti approvazione della tossina ibrida sotto il nome commerciale Versitude, e l'approvazione dell'uso di non modificato Metarhizium i funghi come "biopesticidi" da parte di diversi paesi africani, possono aprire la strada al via libera all'uso di sostanze geneticamente modificate Metarhizium funghi nella lotta contro la malaria.

Il rovescio della medaglia, il rilascio di funghi che trasportano una tossina mortale per insetti solleva preoccupazioni circa i danni non intenzionali agli insetti "non bersaglio". Metarhizium i funghi infettano solo una piccola gamma di insetti e esperimenti in cui insetti non target, come le api da miele, sono state infettate sia dal GM che dai funghi non modificati che non hanno influenzato la sopravvivenza delle api. Anche se il gene ha trovato la sua strada in funghi che infettano gli umani - uno scenario altamente improbabile - non avrebbe alcun effetto su di noi perché la tossina funziona solo sugli insetti.

Limitazione della diffusione del gene che produce la tossina ibrida in organismi diversi da Metarhizium i funghi sono un'altra potenziale preoccupazione. Una precauzione di sicurezza potrebbe essere aggiungere interruttori genetici che riducono la sopravvivenza del fungo al di fuori dell'ambiente interno. Ma ci sono anche molte caratteristiche inerenti di Metarhizium funghi - come le loro spore grandi, non disperse nell'aria e sensibili all'ultravioletto - che riducono le possibilità di dispersione.

Mentre promettente, questa strategia di zanzare essenzialmente avvelenanti con funghi geneticamente modificati non è garantita. Le zanzare potrebbero evolvere la resistenza a questo. Ma con centinaia di migliaia di persone che muoiono ogni anno in questo micidiale gioco contro i patogeni, forse l'unica certezza è che, come i nostri avversari, avremo bisogno di continuare ad evolvere anche le nostre strategie.The Conversation

Circa l'autore

Antonis Rokas, Cattedra Cornelius Vanderbilt in Scienze Biologiche e Professore di Scienze Biologiche e Informatica Biomedica, Vanderbilt University

Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi il articolo originale.

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