Giải pháp diệt côn trùng tối ưu. Các nhà khoa học thử nghiệm tại Mỹ “vũ khí gen” chống muỗi

Ai có khả năng lây bệnh

Năm 2009, lần đầu tiên sau 70 năm, ở thành phố Key West thuộc Florida Keys đã ghi nhận 94 trường hợp mắc bệnh sốt xuất huyết Dengue, một căn bệnh giống cúm siêu vi gây chảy máu nghiêm trọng và sốc. Nếu không được điều trị, tỷ lệ tử vong trong số những người bị nhiễm bệnh chiếm 20% . Các nhà côn trùng học cho rằng, khách du lịch đã mang mầm bệnh, và muỗi Aedes aegypti (muỗi vằn) làm cho vi rút lan rộng khắp các hòn đảo.

Loài muỗi chuyên hút máu người chỉ chiếm 4% trong quần thể muỗi Florida Keys, nhưng, chúng mang vi rút sốt xuất huyết Dengue, Chikungunya, sốt vàng da và vi rút Zika.

Mỗi năm, số ca mắc bệnh sốt xuất huyết Dengue không nhập khẩu tăng thêm, và các nhà chức trách của Florida Keys đã quyết định thực hiện một cuộc thử nghiệm - thả hàng triệu con muỗi đã được biến đổi gen với hy vọng làm giảm dân số loài muỗi cái gây bệnh sốt xuất huyết hoặc muỗi mang virus Zika. Cơ sở "sản xuất" những con muỗi đực Aedes aegypti biến đổi gen là công ty Oxitec của Anh có kinh nghiệm làm việc ở quần đảo Cayman, Malaysia, Panama, Brazil. Công ty đã chờ đợi mười năm để Cơ quan Môi trường Mỹ cấp giấy phép cho dự án này.

Muỗi biến đổi gen

Thức ăn chủ yếu của muỗi là mật hoa hoặc các nguồn chất ngọt tương tự như đường. Khi đến lúc sinh sản, con muỗi cái tìm kiếm con muỗi đực để giao phối. Tinh trùng của muỗi đực thụ tinh cho các phôi thai trong tử cung. Và để ấu trùng được đảm bảo phát triển tốt, chúng cần có chế độ dinh dưỡng tốt - máu ấm. Vì thế, trước khi đẻ, muỗi cái đi săn.

Con người là "con mồi ngon" cho muỗi. Muỗi cái được hướng dẫn bởi ánh sáng, chuyển động, carbon dioxide từ hơi thở, một số mùi nhất định và bởi thân nhiệt. Muỗi tấn công vào buổi sáng và buổi tối, chúng có kim đốt bé xíu nhưng có thể đâm xuyên qua da người để hút máu rất nhanh. Đồng thời, nó tiết nước bọt và cùng với nó là virus.

Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), các căn bệnh lan truyền từ muỗi hàng năm làm khoảng 700 nghìn người chết trên toàn thế giới. Người ta sử dụng các loại thuốc diệt côn trùng khác nhau, nhưng, điều này gây ra nguy cơ xuất hiện những con muỗi kháng thuốc. Các nhà khoa học đề xuất một giải pháp khác - tạo ra một quả bom hẹn giờ tiêu diệt quần thể muỗi trong tự nhiên: nuôi cấy muỗi đực biến đổi gen trong phòng thí nghiệm và thả chúng vào môi trường. Chúng sẽ giao phối với những con cái hoang dã, và những con cái đó sẽ sinh ra những con non không có khả năng sinh sản.

Trong trường hợp này “gen chết” là một đoạn DNA mã hóa thông tin về cơ chế khiến ấu trùng chết. Phương pháp này được biết đến từ lâu. Vào những năm 1970, trong một cuộc thử nghiệm, các nhà khoa học đã tạo ra đột biến gen này và nhận được các con muỗi đực vô sinh sau khi các con đực bị chiếu xạ gamma.

Năm 2000, giáo sư động vật học Luke Alphey từ Đại học Oxford đã hoàn thiện công nghệ này. Ông đã cấy gen tTAV nhân tạo (tương tự như gen của vi khuẩn và vi rút kháng với tetracycline) vào DNA của muỗi. Gen tTAV tạo ra một loại protein mà khối lượng lớn của nó diệt muỗi. Gen này có thể được "bật" và "tắt" bằng tetracycline.

Những con đực có gen tTAV được nuôi cấy trong nước có thêm kháng sinh. Nhờ đó, gen này không tạo ra protein diệt muỗi. Sau đó, chúng được thả ra tự nhiên - nếu không có tetracycline, chúng sẽ chết trong vòng hai ngày. Nhưng, thời gian này là đủ để giao phối với những con cái hoang dã và truyền đột biến gen diệt muỗi cho con cái. Hóa ra, đây là một hệ thống tự thanh lý rất ổn định. Hai năm sau, giáo sư Luke Alphey đã thành lập Oxitec, một công ty con của Đại học Oxford, chuyên thương mại hóa công nghệ này và cải tiến nó.

Ví dụ, công ty đã tạo ra loài muỗi tự sát thậm chí còn hiệu quả hơn, trên thực tế, các nhà khoa học đánh lừa thiên nhiên một cách hiệu quả. Vấn đề là ở chỗ, theo thời gian, gen diệt muỗi biến mất khỏi quần thể, vì nó không có lợi thế tiến hóa. Để kiểm soát hiệu quả sự lây nhiễm, các nhà khoa học phải thường xuyên thả thêm nhiều muỗi biến đổi gen. Để tránh điều này, họ đã làm cho gen diệt muỗi chiếm ưu thế bằng cách cấy thêm một công cụ chỉnh sửa gen (CRISPR/Cas9) vào DNA, công cụ này chỉnh sửa nhiễm sắc thể thứ hai của phôi thai được nhận từ con cái. Kết quả là sinh vật được sinh ra có gen diệt muỗi trên cả hai nhiễm sắc thể. Hầu như tất cả các con của nó cũng sẽ giữ được đột biến này. Đây là một cơ chế rất mạnh mẽ, nhờ đó gen này di truyền trong quần thể theo nguyên tắc phản ứng dây chuyền.

Kết quả đầu tiên

Năm 2010, công ty Oxitec đã thả các con muỗi biến đổi gen OX513A ở ngoại ô thành phố Juazeiro của Brazil. Các con đực biến đổi gen đã tranh giành con cái thành công. Theo dữ liệu giám sát, một năm sau, quần thể muỗi đã giảm 88%.

Cuộc thử nghiệm quy mô lớn nhất đã được thực hiện ở thành phố Jacobina của Brazil. Theo chương trình thử nghiệm, từ tháng 6 năm 2013 đến tháng 9 năm 2015, các nhà khoa học đã thả 450 nghìn con muỗi biến đổi gen hàng tuần. Gen diệt muỗi đã được theo dõi theo thẻ huỳnh quang, nhưng, sự phân tán của dữ liệu hóa ra quá lớn: tỷ lệ những con muỗi được gắn nhãn là từ 10 đến 60 phần trăm trong quần thể. Kết quả của cuộc thử nghiệm vẫn chưa được công bố.

Trước đây, các nhà khoa học Anh đã thực hiện một số thử nghiệm ở Hoa Kỳ với bướm cải bắp biến đổi gen Plutella xylostella ở New York và loài sâu bướm bông ở Arizona. Tại Florida, công ty đã vấp phải sự phản đối mạnh mẽ của cư dân địa phương và các nhà bảo vệ môi trường. Tuy nhiên, dự án đã được thông qua theo kết quả cuộc trưng cầu dân ý.

Theo Nature, hồi tháng 4, các nhà khoa học đã đặt các hộp chứa ấu trùng muỗi biến đổi gen tại một khu đất tư nhân ở Florida Keys, không tiết lộ địa chỉ để tránh bị phá hoại. Trong vòng ba tháng, 12 nghìn con đực sẽ nở ra từ chúng mỗi tuần. Trong giai đoạn tiếp theo, sẽ xuất hiện thêm 20 triệu con muỗi ​​trong 16 tuần.

Dự án này sử dụng các con muỗi biến đổi gen có tên OX5034. Đây là phát triển mới nhất - đến giai đoạn trưởng thành trong phòng thí nghiệm, các con cái đều chết, chỉ còn lại các con đực. Điều này giúp loại bỏ nhu cầu phân loại bằng tay các ấu trùng. Muỗi được thả ra tự nhiên, và chúng truyền gen tự diệt muỗi cho con cái. Nhưng,  trong thế hệ mới, chỉ có các con cái đều chết. Và các con đực tiếp tục truyền đột biến diệt muỗi. Sau mười thế hệ, dòng này tự mất đi.

Có cả những phương pháp khác làm muỗi sốt vàng tự tiêu diệt. Ví dụ,  vào năm 2017, công ty MosquitoMate đã thực hiện cuộc thử nghiệm ở Florida Keys - thả muỗi đực đã nhiễm vi khuẩn Wolbachia vào môi trường. Vi khuẩn Wolbachia lan rộng khắp quần thể muỗi, làm hỏng tinh trùng, và các phôi được chúng thụ tinh đều chết. Không giống như muỗi biến đổi gen, phương pháp này không gây ra sự phản đối của người dân địa phương.