Việc biến đổi gen này khiến muỗi sản sinh ra các hợp chất trong ruột để ngăn chặn sự phát triển của ký sinh trùng gây bệnh sốt rét. Khi đó, ký sinh trùng sẽ không thể tiếp cận tuyến nước bọt của muỗi và được truyền qua vết đốt sang người trước khi muỗi chết.

Các nhà nghiên cứu từ nhóm “Transmission: Zero” tại Đại học Hoàng gia London (Anh) là tác giả của sáng kiến trên. Nó được thiết kế để có thể kết hợp với công nghệ “gene drive” (phát động gen) hiện có nhằm nhân rộng việc chỉnh sửa gen và cắt giảm sự lây truyền bệnh sốt rét.

Phát động gen là thủ thuật kích thích sự di truyền của một số gen đặc trưng để làm thay đổi toàn bộ quần thể.

Nhóm nghiên cứu đang hướng tới các thử nghiệm thực tế, nhưng họ sẽ kiểm tra kỹ lưỡng tính an toàn của việc chỉnh sửa gen trên trước khi kết hợp nó với phát động gen để thử nghiệm trong thế giới thực.

Các cộng tác viên từ Viện Mô hình hóa Dịch bệnh thuộc Quỹ Bill và Melinda Gates cũng đã tạo ra một mô hình giúp đánh giá tác động của những chỉnh sửa như trên nếu được sử dụng trong nhiều môi trường châu Phi. Họ nhận thấy rằng, những chỉnh sửa của nhóm “Transmission: Zero” có thể là một công cụ mạnh mẽ để giảm các ca mắc bệnh sốt rét ngay cả khi mức độ lây truyền cao.

Kết quả của công nghệ chỉnh sửa gen muỗi trong phòng thí nghiệm và mô hình hóa trên đã được công bố trên Tạp chí Science Advances.

Trì hoãn sự phát triển của ký sinh trùng

Sốt rét vẫn là một trong những căn bệnh kinh hoàng nhất thế giới, có nguy cơ gây nguy hiểm cho khoảng một nửa dân số thế giới. Chỉ riêng năm 2021, nó đã lây nhiễm cho 241 triệu người và làm chết 627 nghìn người, chủ yếu là trẻ em dưới 5 tuổi ở vùng cận Sahara, châu Phi.

Một trong những tác giả của nghiên cứu là Tiến sĩ Tibebu Habtewold, thuộc Khoa Khoa học Đời sống của Đại học Hoàng gia London. Ông cho biết, kể từ năm 2015, tiến bộ trong việc giải quyết bệnh sốt rét đã bị đình trệ.

Các biện pháp can thiệp sẵn có như thuốc diệt côn trùng và phương pháp điều trị dường như không còn hiệu quả với muỗi và các ký sinh trùng mà chúng mang theo. Ngoài ra, kinh phí dành cho xử lý bệnh sốt rét đã giảm xuống. Do vậy, các công cụ mới sáng tạo cần được tạo ra.

Bệnh sốt rét lây truyền giữa người với người sau khi muỗi cái đốt người bị nhiễm ký sinh trùng sốt rét. Sau đó, ký sinh trùng phát triển sang giai đoạn tiếp theo trong ruột của muỗi và di chuyển đến các tuyến nước bọt của nó, sẵn sàng lây nhiễm sang người tiếp theo bị muỗi đốt.

Tuy nhiên, chỉ có khoảng 10% số muỗi sống đủ lâu để ký sinh trùng có thời gian phát triển đến mức có thể lây nhiễm. Nhóm nghiên cứu mong muốn kéo dài thêm thời gian ký sinh trùng sốt rét phát triển trong ruột muỗi.

Họ đã biến đổi gen của loài muỗi mang bệnh sốt rét chính ở châu Phi cận Sahara có tên Anopheles gambiae. Họ đã chỉnh sửa gen để khi muỗi hút máu, nó tạo ra 2 phân tử gọi là peptide kháng khuẩn trong ruột muỗi. Những peptide này có thể làm suy giảm sự phát triển của ký sinh trùng sốt rét.

Điều này gây ra sự chậm trễ vài ngày trước khi ký sinh trùng có thể đến tuyến nước bọt của muỗi, vào thời điểm đó hầu hết muỗi trong tự nhiên được cho là sẽ chết.

Các peptide hoạt động bằng cách can thiệp vào quá trình chuyển hóa năng lượng của ký sinh trùng. Điều này cũng có một số ảnh hưởng đến muỗi, khiến chúng có tuổi thọ ngắn hơn và giảm khả năng truyền ký sinh trùng.

Đồng tác giả Astrid Hoermann cho biết, trong nhiều năm, các nhà khoa học đã cố gắng tạo ra những con muỗi không thể bị nhiễm ký sinh trùng hoặc những con có thể quét sạch tất cả ký sinh trùng bằng hệ thống miễn dịch của chúng.

Việc trì hoãn sự phát triển của ký sinh trùng bên trong muỗi là một sự thay đổi về khái niệm và mở ra nhiều cơ hội hơn để ngăn chặn sự lây truyền bệnh sốt rét từ muỗi sang người.

Giáo sư George Christophides cầm một lồng muỗi.

Áp dụng rộng rãi

Để áp dụng rộng rãi biện pháp biến đổi gen muỗi trong việc ngăn ngừa bệnh sốt rét, muỗi được chỉnh sửa gen trong phòng thí nghiệm cần được lai tạo với muỗi hoang dã.

Việc lai tạo thông thường sẽ hiệu quả ở một mức độ nhất định, nhưng do sự chỉnh sửa gen khiến tuổi thọ của muỗi giảm nên chúng có thể sẽ nhanh chóng bị loại bỏ thông qua chọn lọc tự nhiên.

Phát động gen là một thủ thuật di truyền bổ sung có thể giúp muỗi được chỉnh sửa gen chống ký sinh trùng phát triển rộng rãi hơn trong bất kỳ quần thể tự nhiên nào.

Do chiến lược này rất mới, các nhà nghiên cứu cần lập kế hoạch cực kỳ cẩn thận để giảm thiểu rủi ro trước bất kỳ thử nghiệm thực tế nào. Do đó, nhóm “Transmission: Zero” đang tạo ra 2 dòng muỗi biến đổi gen riêng biệt nhưng tương thích với nhau - một dòng có biến đổi chống ký sinh trùng và một dòng có phát động gen.

Sau đó, họ có thể thử nghiệm riêng việc chỉnh sửa gen muỗi chống ký sinh trùng trước và chỉ khi nó được chứng minh có hiệu quả, họ mới thêm loại muỗi có phát động gen.

Tiến sĩ Nikolai Windbichler trong nhóm tác giả nghiên cứu cho biết, các nhà khoa học đang hướng tới việc kiểm tra xem liệu việc chỉnh sửa gen trên có thể ngăn chặn sự lây truyền bệnh sốt rét không.

Họ chỉ dùng ký sinh trùng nuôi trong phòng thí nghiệm và các ký sinh trùng đã lây nhiễm sang người. Nếu điều này được chứng minh là đúng, việc thử nghiệm trên thực địa sẵn sàng được thực hiện trong vòng 2 - 3 năm tới.

Theo đồng tác giả chính, Giáo sư George Christophides, không có viên thuốc nhiệm màu nào khi nói đến kiểm soát bệnh sốt rét, do đó, chúng ta sẽ phải sử dụng tất cả các vũ khí hiện có, lựa chọn và tạo ra nhiều vũ khí hơn nữa.

Phát động gen là một trong những vũ khí rất mạnh, nên khi kết hợp với thuốc, vắc-xin và kiểm soát muỗi, nó có thể giúp ngăn chặn sự lây lan của bệnh sốt rét và cứu sống con người.