Korzystając z technik edycji genów naukowcom udało się ograniczyć możliwość infekowania ptaków przez wirusa ptasiej grypy. Zmodyfikowane kurczaki nie wykazywały żadnych oznak wskazujących, że zmiana w DNA miała jakikolwiek wpływ na ich zdrowie. Eksperci podkreślają, że jest to obiecująca droga, która może zapobiec rozprzestrzenianiu się wirusa, ale zanim będzie można zastosować to podejście, potrzebne są dalsze badania.
Technika edycji genów CRISPR-Cas9 daje ogromne możliwości. Korzystając z tej metody oraz z najnowszych odkryć dotyczących podatności drobiu na grypę, Helen Sang z Uniwersytetu w Edynburgu wraz ze współpracownikami z trzech innych instytucji stworzyła kurczaki częściowo odporne na wirusa ptasiej grypy.
Tego typu działania mogą być sposobem ochrony przed przyszłymi epidemiami, ale z drugiej strony budzą obawy o bezpieczeństwo. Zmodyfikowane ptaki mogłyby teoretycznie wpłynąć na ewolucję odmian grypy, co mogłoby prowadzić do wypracowania przez wirusa skuteczniejszych strategii zarażania zwierząt oraz ludzi.
Wyniki i opis badań ukazał się na łamach pisma „Nature Communications” (DOI: 10.1038/s41467-023-41476-3).
Epidemie ptasiej grypy coraz częściej pustoszą fermy drobiu i dzikie ptactwo na całym świecie. Bywa, że ptasią grypą zarażają się inne zwierzęta, a nawet ludzie. Dlatego naukowcy poszukują rozwiązania tego problemu, zwłaszcza, że epidemie ptasiej grypy powodują ogromne straty finansowe.
Ptasia grypa jest trudna do opanowania. Łatwo się przystosowuje i jest wysoce zaraźliwa. Do tego może rozprzestrzeniać się na duże odległości za pomocą migrujących ptaków. Hodowla kurcząt na mięso i jaja na dużą skalę przyspiesza rozprzestrzenianie się i tempo mutacji wirusa, a gdy wirus pojawi się w populacji, rolnicy i władze często muszą uciekać się do zabicia całej hodowli, aby powstrzymać wirusa.
Choroba ta jest poważnym globalnym zagrożeniem, mającym niszczycielski wpływ zarówno na populacje ptaków hodowlanych, jak i dzikich. Pilnie potrzebne są rozwiązania oferujące kontrolę rozprzestrzeniania się choroby. W niektórych krajach azjatyckich, w tym w Chinach, a także części krajów europejskich, jak chociażby we Francji, stosowane są szczepienia drobiu. Wadą szczepień jest to, że zaszczepione ptaki mogą czasami nadal być nosicielami wirusa, nie wykazując objawów, co może maskować rozprzestrzenianie się choroby.
Swoją cegiełkę w działaniach mających na celu opanowanie choroby dołożył zespół badaczy kierowany przez Helen Sang. Udało im się ograniczyć możliwości infekcji kurczaków przez wirusa ptasiej grypy poprzez zmianę niewielkiej części ich DNA. Uczeni zmodyfikowali część kodu genetycznego odpowiedzialną za produkcję białka ANP32A. Podczas infekcji wszystkie podtypy wirusa ptasiej grypy wykorzystują to białko do replikacji wewnątrz komórek.
Aby sprawdzić, czy zmodyfikowane kurczaki będą w stanie oprzeć się infekcji, naukowcy umieścili wirusa ptasiej grypy w nozdrzach 20 dwutygodniowych piskląt, z których tylko połowa miała zmodyfikowany gen. Wszystkie ptaki, które nie zostały poddane edycji genów, zostały zarażone, ale zainfekowany został tylko jeden z 10 zmodyfikowanych ptaków. Dalsze prace wykazały, że zakażony ptak nie przekazał wirusa innym zmodyfikowanym ptakom.
Następnie zespół badaczy wystawił ptaki ze zmodyfikowanymi genami na nienaturalnie wysoką dawkę wirusa ptasiej grypy, aby dalej testować ich odporność. W tym przypadku 5 z 10 ptaków została zarażona. Ale i tak interwencja w geny zapewniła pewną ochronę, bo ilość wirusa u zakażonych kurcząt, które poddano edycji genów, była znacznie niższa, niż poziom zwykle obserwowany podczas infekcji u niemodyfikowanych kurcząt.
Edycja genu pomogła również ograniczyć dalsze rozprzestrzenianie się wirusa tylko do jednego z czterech ptaków niepoddanych edycji genów umieszczonych w tym samym inkubatorze. Ale nie doszło do przeniesienia wirusa na ptaki poddane edycji genów.
Analiza wirusów, które replikowały się u zmodyfikowanych ptaków, ujawniła coś niepokojącego. Naukowcy odkryli, że u ptaków z edytowanym genem ANP32A wirus przystosował się do pozyskiwania wsparcia z dwóch pokrewnych białek – ANP32B i ANP32E – w celu replikacji. Po testach laboratoryjnych naukowcy zauważyli też, że niektóre mutacje umożliwiły wirusowi wykorzystanie ludzkiej wersji ANP32, ale jego replikacja pozostawała na niskim poziomie w hodowlach komórkowych.
Eksperci podkreślają, że gdy u zmodyfikowanych kurcząt pojawią się zmutowane wirusy ptasiej grypy, mogą one być lepiej przystosowane do infekowania nie tylko ptaków, ale też innych zwierząt.
Analizy wykazały, że pojedyncza edycja genu ANP32A nie jest wystarczająca, aby można ją było stosować w hodowlach kurczaków. Dlatego zespół naukowców w dalszych badaniach zajął się dodatkowymi odcinkami DNA odpowiedzialnymi za produkcję wszystkich trzech białek – ANP32A, ANP32B i ANP32E. Zmiany te wprowadzono w komórkach hodowanych w laboratorium. Eksperymenty pokazały, że nawet wysoce zjadliwy szczep wirusa ptasiej grypy nie był w stanie wywołać infekcji w komórkach kurzych, gdyby brakowało im wszystkich trzech genów ANP32.
Następnym krokiem będzie próba wyhodowania kurczaków ze zmianami we wszystkich trzech genach. Ale może to być trudne, bo całkowite wyeliminowanie wszystkich genów ANP32 prawdopodobnie zaszkodziłoby zdrowiu kurcząt, ponieważ białka te odgrywają rolę w rozwoju i płodności.
- Szczepienia przeciwko wirusowi stwarzają szereg wyzwań, w tym istotne problemy praktyczne związane z wdrażaniem szczepionek. Edycja genów oferuje obiecującą drogę do uzyskania trwałej odporności, która może być przekazywana z pokolenia na pokolenie, chroniąc drób i zmniejszając ryzyko zarażenia się dla ludzi i dzikiego ptactwa. Nasza praca pokazuje, że powstrzymanie rozprzestrzeniania się ptasiej grypy wśród kurczaków będzie wymagało kilku jednoczesnych zmian genetycznych – powiedział profesor Mike McGrew z Uniwersytetu w Edynburgu.
Źródło: University of Edinburgh, Science, fot. Raw Pixel/ CC0
