ინჟინერიულმა თაგვებმა Lyme-ისადმი გამძლეობა მემკვიდრეობით მიიღეს და ტკიპების ინფიცირება შეამცირეს — ლაბორატორიული proof of concept, არა ველური release

პაციენტის მკურნალობის ნაცვლად გადაცემის ციკლის გაწყვეტა

Lyme დაავადება აშშ-ში ტკიპებით გადაცემული ყველაზე გავრცელებული დაავადებაა და ჩვეულებრივ მას ინდივიდუალურად ვებრძვით: შევამოწმოთ სხეული ტკიპებზე, მოვაცილოთ ისინი, ხოლო თუ ნაკბენის გარშემო სამიზნის მსგავსი გამონაყარი გაჩნდა — მივიღოთ ანტიბიოტიკები. მაგრამ Lyme-ის გამომწვევი ბაქტერია, Borrelia burgdorferi, რეალურად ადამიანში არ ცხოვრობს. ჩვენ მისთვის ჩიხი ვართ. მისი მთავარი ეკოლოგიური სახლი არის ციკლი ტკიპებსა და პატარა ტყის ძუძუმწოვრებს შორის — აშშ-ის აღმოსავლეთ სანაპიროზე განსაკუთრებით თეთრფეხა mouse. ტკიპა ინფიცირებულ თაგვს კბენს, ბაქტერიას იღებს, ზრდისას ინარჩუნებს და შემდეგ სხვა თაგვს გადასცემს — ან შემთხვევით ადამიანს. თაგვები რეზერვუარია; ტკიპები — გადამტანი „ნემსი“; ადამიანი კი გვერდით მდგომია, რომელსაც ხანდახან ეს ნემსი ხვდება.

ამიტომ პრობლემა სხვაგვარადაც შეიძლება დავინახოთ. თითოეულ ადამიანს ყოველი ნაკბენის შემდეგ რომ არ ვუმკურნალოთ, რა მოხდებოდა, თუ თაგვებს იმუნურს გავხდიდით — და ეს იმუნიტეტი თაობიდან თაობას ავტომატურად გადაეცემოდა ისე, რომ თითოეული ცხოველის ხელით აცრა არ დაგვჭირდებოდა? სწორედ ამას ამოწმებს ნაშრომი. იდეა ადვილად იზიდავს სათაურებს „GMO mice“, „გენი drives“ და „ველური ბუნების აცრის“ შესახებ, მაგრამ სინამდვილეში ნაშრომი უფრო ვიწრო და ფრთხილ შედეგს აღწერს — და თუ გვაინტერესებს, რა უნდა დამტკიცდეს ასეთი ჩარევის რეალურ გარემოში გამოყენებამდე, ეს სიფრთხილე მნიშვნელოვანი პლუსია.

იდეას heritable immunization — მემკვიდრეობითი იმუნიზაცია — ჰქვია: ანტისხეულის შესაქმნელი ინსტრუქცია პირდაპირ ცხოველის გენომში იწერება, ამიტომ ცხოველი უკვე ანტისხეულის წარმოების უნარით იბადება და ამ თვისებას შთამომავლობას გადასცემს. ჩვეულებრივი ვაქცინა თითოეულ ინდივიდს ცალკე უნდა მიეცეს, ხშირად განმეორებით. მემკვიდრეობითი გენი კი ჩვეულებრივი გამრავლებით ახალ თაობებს გადაეცემა.

რა გააკეთეს ავტორებმა

მათ უკვე ცნობილი დამცავი ანტისხეულით დაიწყეს. Borrelia-ს ზედაპირზე აქვს ცილა OspA, ხოლო OspA-ს საწინააღმდეგო ანტისხეულს საინტერესო თვისება აქვს: კლასიკურ ექსპერიმენტებში, როცა ტკიპა იმუნიზებულ თაგვს კბენს, სისხლთან ერთად ანტისხეულსაც ყლაპავს და ანტისხეული ბაქტერიაზე მოქმედებს თავად ტკიპის შიგნით, სანამ ბაქტერია ახალ მასპინძელს გადაეცემა. ანუ მიზანი მხოლოდ უკვე ინფიცირებული თაგვის დაცვა კი არა, ტკიპა–თაგვის გადაცემის რგოლის ჩაჭრაა.

ავტორებმა ასეთი ანტისხეული, LA-2, აიღეს და house mouse — ჩვეულებრივი ლაბორატორიული Mus musculus — გენეტიკურად ისე შეცვალეს, რომ საკუთარი DNA-დან ამ ანტისხეულს მუდმივად აწარმოებდა. მუშაობამდე რამდენიმე დიზაინი დასჭირდათ; ადრეული ვერსია, სადაც ანტისხეული მხოლოდ ღვიძლში გამომუშავდებოდა, ძალიან დაბალ დონეს იძლეოდა და დაცვას ვერ ქმნიდა. საბოლოო წარმატებულ კონსტრუქციაში ანტისხეული პატარა, სტაბილურ single-chain ფორმატად გადააკეთეს, ხანგრძლივი ცირკულაციისთვის სისხლის ცილა albumin-ს შეუერთეს და გენომის კარგად დახასიათებულ „უსაფრთხო harbour“ უბანში ჩასვეს, რათა ის მუდმივად და ყოველ თაობაში გამოიხატოს.

შემდეგ სამი რამ თანმიმდევრულად შეამოწმეს: საიმედოდ მემკვიდრეობდა თუ არა ანტისხეულის წარმოება; უძლებდნენ თუ არა ინჟინერიული თაგვები ინფექციას Borrelia-ს მატარებელი ტკიპების კბენისას; და — მთლიანად დაავადების ციკლისთვის ყველაზე მნიშვნელოვანი — სუფთა ტკიპები, რომლებიც ამ თაგვებზე იკვებებოდნენ, სუფთა რჩებოდნენ თუ ბაქტერიას იღებდნენ. ეს უკანასკნელი ტესტი, სადაც არაინფიცირებულ ლარვულ ტკიპებს თაგვებზე კვებავენ და შემდეგ ამოწმებენ, პირდაპირ სვამს კითხვას: გაწყდა თუ არა გადაცემის ციკლი?

რა აღმოაჩინეს

ანტისხეულის წარმოება თაობებში სტაბილურად მემკვიდრეობდა. წარმატებული კონსტრუქცია წარუმატებელ ვერსიაზე დაახლოებით ათასჯერ მეტ ანტისხეულს ქმნიდა და დონე სულ მცირე ექვს თაობაში თანმიმდევრული იყო. გენის ორი ასლის მქონე თაგვები დაახლოებით ორჯერ მეტ ანტისხეულს წარმოქმნიდნენ, ვიდრე ერთი ასლის მქონენი. პირველ კონსტრუქციას რომ ახასიათებდა ინდივიდებს შორის დიდი მერყეობა, აქ აღარ ჩანდა.

თაგვები ინფექციას უძლებდნენ — გენის ერთი ასლითაც კი. Borrelia-თი ინფიცირებული ტკიპებით გამოწვევის შემდეგ, როგორც ორი ასლის, ისე ერთი ასლის მქონე ინჟინერიულ თაგვებში ინფექციის მარკერები ჩვეულებრივ თაგვებთან შედარებით სტატისტიკურად მნიშვნელოვნად შემცირდა. ორი ასლის მქონე თაგვები განსაკუთრებით ძლიერად იყვნენ დაცული, მაგრამ ყველაზე შორსმიმავალი მნიშვნელობა სწორედ heterozygous, ერთი ასლის შედეგს აქვს.

ისინი ბაქტერიას შემდეგ ტკიპებსაც დიდწილად აღარ გადასცემდნენ. მთავარ ეკოლოგიურ ტესტში სუფთა ლარვულ ტკიპებს აჭმევდნენ ინჟინერიულ თაგვებზე, რომლებიც შეგნებულად მრავალი ინფიცირებული ტკიპით იყო გამოწვეული. ამ პირობებში 10 ინჟინერიული თაგვიდან 8 საერთოდ არ დაინფიცირდა და შემდეგ ტკიპებს ბაქტერია არ გადასცა, ჩვეულებრივ თაგვებში კი ასეთი იყო მხოლოდ 1/10. სხვაობა ძლიერ სტატისტიკურად მნიშვნელოვანი იყო. ლაბორატორიულ გალიაში გადაცემის ციკლი რეალურად ირღვეოდა. (ეს კონტროლირებული challenge-ის შედეგია და არა გაზომვა იმისა, რამდენად შემცირდებოდა Lyme ნამდვილ ტყეში.)

მექანიზმზე ერთი მნიშვნელოვანი სიურპრიზიც აღმოჩნდა. OspA-ს საწინააღმდეგო ადრინდელი სამუშაოებისგან განსხვავებით, ინჟინერიული ანტისხეული თაგვებს იცავდა, მაგრამ უკვე ინფიცირებული და მათზე ნაკვები ტკიპებიდან ბაქტერიას თითქოს არ ასუფთავებდა. ანუ ანტისხეული გადაცემას იმ გზით ბლოკავს, რომელიც ავტორებმა ბოლომდე ვერ დაადგინეს — შემაკავშირებელი, როგორც ჩანს, საკმარისია, ზუსტი მექანიზმი კი შემდგომი კვლევის საკითხია.

რას ნიშნავს ეს, სავარაუდოდ

მთავარი იდეა — რეზერვუარ ცხოველში გენომური გზით გამძლე იმუნიტეტის ჩაშენება და დაავადების გადაცემის ციკლის გაწყვეტა — ამ ლაბორატორიულ თაგვში მუშაობდა.

და ერთი დეტალი ისტორიის ყველაზე საშიშ ვერსიას საკმაოდ ამშვიდებს. გენი drive არის გენეტიკური სისტემა, რომელიც მემკვიდრეობის შანსებს ხელოვნურად ცვლის, რათა არჩეული გენი ჩვეულებრივ გამრავლებაზე ბევრად სწრაფად გავრცელდეს — მაშინაც კი, თუ ცხოველს არანაირ უპირატესობას არ აძლევს. სწორედ ეს ხდის drive-ს ძლიერს და გამოშვების შემდეგ ძნელად კონტროლირებადს ან უკან დასაბრუნებელს. ამ ნაშრომში ასეთი სისტემა არ გამოიყენება. რადგან ანტისხეულის გენის ერთი ასლიც უკვე იცავდა თაგვებს, ავტორები ამტკიცებენ, რომ პრინციპში ჩვეულებრივი გამრავლებითა და მიზნობრივი გამოშვებებით შესაძლებელი იქნებოდა მისი გავრცელება drive-ის გარეშე — და ისინი პირდაპირ ამბობენ, რომ ეს გენი drive არ არის. ეს ჯერ არგუმენტია და არა ველი demonstration, მაგრამ სწორედ ერთასლიანი დაცვა აძლევს მათ ამ შესაძლებლობას და მიდგომას ბევრად უფრო კონტროლირებადს ხდის, ვიდრე თვითგავრცელებადი drive.

რას არ ამტკიცებს ეს

• ექსპერიმენტი განზრახ არასწორ სახეობაშია ჩატარებული. გამოიყენეს ლაბორატორიული house mouse (Mus musculus), არა თეთრფეხა mouse (Peromyscus leucopus), რომელიც აშშ-ის აღმოსავლეთში Lyme-ის რეალური მთავარი რეზერვუარია. ავტორები უკვე ავითარებენ Peromyscus-ისთვის ხელსაწყოებს, მაგრამ დამცავი გენი ჯერ არ ჩაუშენებიათ იმ სახეობაში, რომელიც ეკოლოგიურად მნიშვნელოვანია.
• ეს იყო ლაბორატორიული, არა ველი კვლევა. არცერთი ინჟინერიული თაგვი ველურ გარემოში არ გაუშვიათ. გადარჩენასა და გამრავლებაზე ისეთი დანაკარგები, რომლებიც გალიაში არ ჩანს, ბუნებაში შეიძლება გამოვლინდეს.
• ეს არის დამტკიცება of ცნება და არა გადაწყვეტა. დაცვა ძლიერი იყო, მაგრამ სრული არა — challenge-ში 10-დან 8 თაგვმა დაბლოკა გადაცემა — და ნაშრომში „Lyme eliminated“ არ წერია.
• მექანიზმი ბოლომდე გარკვეული არაა — ანტისხეული მუშაობს, მაგრამ არა ზუსტად იმ გზით, რომელსაც ადრინდელი კვლევები მოელოდნენ.
• ეს გენი drive არ არის და არც ასეთ პრეტენზიას აცხადებს.
• ველურ ბუნებაში ინჟინერიული ძუძუმწოვრების გამოშვებას რეგულაციული პრეცედენტი პრაქტიკულად არ აქვს. ეკოლოგიური რისკი assessment, governance და იმ საზოგადოებების თანხმობა, რომლებმაც ასეთი intervention-ის გარემოში უნდა იცხოვრონ, ყველაფერი ჯერ ღია საკითხია — ავტორები ამას პირდაპირ ამბობენ.

რამდენად ძლიერია მტკიცებულება?

ეს ორი ნაწილად უნდა გავყოთ, რადგან ორივე ერთნაირად გარკვეული არ არის.

• ლაბორატორიული შედეგი ძლიერია. ანტისხეულის სტაბილური მემკვიდრეობა ექვს თაობაში; ინფექციისგან სტატისტიკურად მნიშვნელოვანი დაცვა; onward გადაცემა-ის სტატისტიკურად მნიშვნელოვანი შემცირება, თან რთული გზით გაზომილი — სუფთა ტკიპების კვებით. რამდენიმე დამოუკიდებელი ექსპერიმენტი ერთ მიმართულებას აჩვენებს.
• რეალურ სამყაროში გადატანა თითქმის მთლიანად გამოუცდელია. სხვა სახეობა, ბუნებაში survival, მრავალი რეზერვუარი მასპინძლის რთული ეკოლოგია, გამოშვება strategy და ამის რეგულირება — ამ ნაშრომში არცერთი მონაცემად არ არსებობს. ავტორებიც ამას შემდგომ სამუშაოდ ტოვებენ; community-guided field-კვლევა planning მხოლოდ საწყის ეტაპზეა.

კიდევ ერთი ტექნიკური შენიშვნა: ჩვენ წავიკითხეთ რეცენზირებული, გამოსაქვეყნებლად მიღებული ხელნაწერი („article in press“) და არა საბოლოოდ რედაქტირებული ვერსია. ძირითადი სტრუქტურული შედეგები არ უნდა შეიცვალოს, მაგრამ საბოლოო სტატიის გამოქვეყნებისას რიცხვები ხელახლა უნდა შემოწმდეს.

რატომ არის მნიშვნელოვანი

ვექტორული დაავადებების წინააღმდეგ ჩვენი ბრძოლა უმეტესად რეაქტიული და დაუსრულებელია: შევწამლოთ, მოვიგერიოთ, შევამოწმოთ, ვუმკურნალოთ — ყოველ სეზონზე თავიდან. აქ სულ სხვა სქემის მონახაზია: ერთხელ ჩაერიო ცხოველურ რეზერვუარში და შემდგომი „maintenance“ მემკვიდრეობამ გააკეთოს. თუ ეს თეთრფეხა mouse-ში იმუშავებდა და ველი პირობებში უსაფრთხო და ეფექტიანი აღმოჩნდებოდა, პრინციპში შესაძლებელი იქნებოდა არა მხოლოდ ინდივიდების დაცვა, არამედ კონკრეტულ რეგიონში Lyme-ის background გადაცემა-ის შემცირება.

მაგრამ ფრაზა „პრინციპში“ აქ ძალიან დიდ ტვირთს ატარებს და ნაშრომი ამას არ მალავს. რეალური ღირებულება არა „მკურნალობაა“, არამედ ფრთხილი დემონსტრირება, რომ heritable immunization შეიძლება მუშაობდეს და შეიძლება გადაცემის ციკლი გაწყვიტოს — შეგნებულად კონტროლირებად, non-gene-drive ფორმაში, ხოლო ყველაზე რთული კითხვები (სწორი სახეობა, ღია გარემო, ინჟინერიული სიცოცხლის გამოშვების ეთიკა) სახელდებულია და ღიად არის დატოვებული.

მოკლე შეჯამება

Lyme დაავადება ტკიპებსა და რეზერვუარ თაგვებს შორის ციკლურად გადადის; ადამიანები შემთხვევითი მასპინძლები არიან. მკვლევრებმა ლაბორატორიული house mice გენეტიკურად ისე შეცვალეს, რომ საკუთარი გენომიდან Borrelia-ს ზედაპირული OspA ცილის საწინააღმდეგო ანტისხეული გამოემუშავებინათ — ისეთი ანტისხეული, რომელიც ტკიპის შიგნითაც მოქმედებს ბაქტერიაზე. ეს თვისება სულ მცირე ექვს თაობაში სტაბილურად მემკვიდრეობდა; ინფიცირებული ტკიპების კბენისას თაგვები ინფექციას უძლებდნენ, გენის მხოლოდ ერთი ასლითაც კი, ხოლო მათი უმეტესობა (10-დან 8, ჩვეულებრივი თაგვების 10-დან 1-ის წინააღმდეგ) ბაქტერიას შემდეგ სუფთა ტკიპებს აღარ გადასცემდა. ამით ლაბორატორიულ პირობებში გადაცემის ციკლი ირღვეოდა. მნიშვნელოვანია, რომ ერთასლიანი დაცვა თვითგავრცელებად გენი drive-ს საჭირო არ ხდის. თუმცა ექსპერიმენტი house mouse-ში ჩატარდა და არა თეთრფეხა mouse-ში, რომელიც ჩრდილოეთ ამერიკაში Lyme-ის რეალური რეზერვუარია; ველი გამოშვება არ ჩატარებულა; მექანიზმი ბოლომდე გაურკვეველია; ხოლო ინჟინერიული ძუძუმწოვრების გამოშვების ეკოლოგია, რეგულირება და ეთიკა მთლიანად ღიაა. ეს reservoir species-ის „heritable immunization“-ის ფრთხილი დამტკიცება of ცნება-ია — არა გენი drive და არა „Lyme solved“.

ზედმეტი ხმაურის გარეშე

რას აჩვენებს ნაშრომი: ლაბორატორიული house mice (Mus musculus), რომლებიც უსაფრთხო-harbour locus-იდან anti-OspA LA-2 ანტისხეულს single-chain–albumin შერწყმით-ის სახით გამოხატავდნენ, ამ თვისებას ≥6 თაობაში სტაბილურად მემკვიდრეობდნენ; tick challenge-ზე Borrelia-ს ინფექციას უძლებდნენ (სტატისტიკურად მნიშვნელოვანი ერთი ასლის heterozygote-ებშიც) და ბაქტერიას სუფთა ტკიპებს დიდწილად აღარ გადასცემდნენ (10-დან 8 challenge-ებული ინჟინერიული თაგვი გადაცემა-free იყო, კონტროლებში 10-დან 1; სხვაობა მნიშვნელოვანი). ერთი ასლის დაცვა ნიშნავს, რომ მიდგომის მუშაობისთვის გენი drive საჭირო არაა.

რა არის სარწმუნო, მაგრამ დაუმტკიცებელი: ზუსტი მექანიზმი, რომლითაც ანტისხეული გადაცემას ბლოკავს (ადრინდელი anti-OspA სამუშაოებისგან განსხვავებით, უკვე ინფიცირებული ტკიპებიდან ბაქტერია არ გაუწმენდია); და ის, რომ იგივე კონსტრუქცია თეთრფეხა mouse-ში იმუშავებს და სტაბილურად მემკვიდრეობს.

რას არ აჩვენებს: არაფერს ველურ გარემოში ან რეალურ reservoir species-ში; მთლიანი პოპულაციის ან ეკოსისტემის ეფექტებს; Lyme-ის ელიმინაციას; რომ ინჟინერიული ძუძუმწოვრების გამოშვება უსაფრთხო, ეფექტიანი ან ნებადართული იქნება; გენი drive-ს — პირიქით, ნაშრომი პირდაპირ ამბობს, რომ ეს drive არაა.

მთავარი შეზღუდვები: ლაბორატორიული Mus musculus, არა ველური Peromyscus leucopus; მხოლოდ ლაბორატორია, ველი გამოშვების გარეშე; ძლიერი, მაგრამ არა სრული გადაცემა blocking (10-დან 8); გაურკვეველი მექანიზმი; გამოშვების ეკოლოგიური, რეგულაციული და ეთიკური საკითხები ღიაა; წაკითხულია accepted ხელნაწერი და არა საბოლოო გამოცემა.

რამდენად უნდა ენდოს ამას ზოგადი მკითხველი? მაღალი ნდობა იმისა, რომ ლაბორატორიაში ინჟინერიულმა თაგვებმა Lyme-ისადმი გამძლეობა მემკვიდრეობით მიიღეს და გადაცემის ციკლი მნიშვნელოვნად გაწყვიტეს, და რომ ეს შეგნებულად გენი drive არ არის. ასევე მაღალი ნდობა იმისა, რომ ეს ჯერ deployed გადაწყვეტა არ არის და „Lyme solved“ არაა. დაბალი ნდობა იმაზე, იმუშავებს თუ არა და როგორ იმუშავებს ბუნებაში — ეს მთელი დაუმთავრებელი მეორე ნახევარია. სათანადო პოზიცია: ფრთხილი, იმედისმომცემი დამტკიცება of ცნება, რომელიც პაციენტის ნაცვლად რეზერვუარის შეცვლას ცდილობს, ხოლო ყველაზე რთულ კითხვებს ჯერ მხოლოდ ასახელებს.