Les moustiques dotés d'un « bouclier génétique » intégré stoppent le paludisme: les taux d'infection chutent de 93 %

Surmonter la résistance aux insecticides: comment une seule modification génétique chez les moustiques se propage d’une génération à l’autre, éliminant pratiquement la transmission du paludisme sans compromettre la survie.

Dans une étude récemment publiée dans Nature, une équipe de scientifiques a examiné si l'allèle glutamine 224 (Q224) de la protéine 1 apparentée au fibrinogène (FREP1) rend les moustiques Anopheles stephensi résistants à l'infection par Plasmodium, a estimé les coûts de survie associés à cet allèle et a testé un système de transmission de gènes alléliques pour propager cette mutation protectrice à travers les populations.

Prérequis

Environ 600 000 personnes sont mortes du paludisme en 2023, principalement des enfants en Afrique subsaharienne et en Asie du Sud. Les méthodes traditionnelles de lutte – moustiquaires, traitements insecticides, médicaments antipaludiques – perdent de leur efficacité en raison de la résistance des moustiques et des parasites. Les technologies de forçage génétique, qui propagent des allèles bénéfiques au sein des populations de moustiques, offrent une solution prometteuse et durable.

La protéine FREP1 aide les parasites à traverser l'intestin moyen du moustique, mais la variante naturelle Q224 peut prévenir l'infection sans compromettre la biologie du moustique. L'objectif était de tester si un tel allèle endogène pouvait être distribué en toute sécurité pour réduire la transmission du paludisme tout en préservant la viabilité du moustique.

À propos de l'étude

Grâce à CRISPR/Cas9, deux souches d'Anopheles stephensi ont été créées, ne différant que par le 224e acide aminé de la protéine FREP1: une souche sauvage contenant de la leucine (L224) et une souche potentiellement protectrice contenant de la glutamine (Q224). L'ARN guide ciblait une région intronique située 126 pb en amont du codon, permettant une recombinaison homologue avec l'insertion d'un marqueur fluorescent (GFP ou RFP).

La condition physique a été évaluée par la longueur des ailes, la fécondité, l’éclosion des œufs, la nymphose, l’émergence des adultes et la durée de vie (analyse de survie de Kaplan-Meier).

La compétence vectorielle a été déterminée à l'aide d'une alimentation membranaire standard de parasites Plasmodium falciparum (humain) et Plasmodium berghei (rongeur), avec comptage d'oocystes et de sporozoïtes dans les glandes salivaires.

Le système de commande des allèles comprenait une cassette contenant de l'ARNg dirigé contre L224 et Cas9, sous le contrôle du promoteur vasa. Les fréquences alléliques ont été surveillées à l'aide de marqueurs fluorescents lors d'expériences multi-cycles (10 générations). Le génotypage a été réalisé par PCR, séquençage Sanger et NGS. La modélisation bayésienne a permis d'estimer la conversion des allèles, les coûts de fitness et la dynamique lors de l'accouplement libre en laboratoire.

Résultats

L'allèle FREP1Q224 n'a pas entraîné de baisse significative de la survie: la longueur des ailes, la fécondité, l'éclosion, la nymphose et l'émergence des adultes étaient identiques à celles du témoin FREP1L224. De légères différences de taille et de durée de vie des mâles n'ont pas affecté la compétitivité. Les femelles vierges FREP1Q224 ont vécu aussi longtemps que les témoins, et les femelles après s'être nourries de sang n'ont montré qu'une légère diminution de leur durée de vie.

Les expériences de provocation ont révélé une protection marquée chez les homozygotes.

• À de faibles concentrations de gamétocytes de P. falciparum (0,08 %):
  • Le taux d’infection est passé de 80 % à environ 30 % dans FREP1Q224;
  • Nombre moyen d’oocystes: de 3 à 0;
  • Sporozoïtes dans les glandes salivaires: de >4000 à 0.
• À une gamétocytémie plus élevée (0,15 %):
  • Nombre moyen d’oocystes: de ~32 à
  • Les sporozoïtes ont également diminué de façon spectaculaire.
• Pour P. berghei:
  • Nombre moyen d’oocystes: de 43 à 25;
  • Sporozoïtes: de ~19 000 à 11 000.
• Les hétérozygotes (FREP1L224/Q224) n'étaient pas protégés.

Efficacité du lecteur génétique

• Dans les croisements appariés, Cas9 + gRNA L224 a converti 50 à 86 % des allèles FREP1L224 en FREP1Q224;
• Avec le Cas9 maternel, la fréquence était plus élevée;
• Dans la 2ème génération, la fréquence de l’allèle protecteur a atteint 93%;
• L’incidence des erreurs de la voie de réparation NHEJ était faible (0 à 12 %) et causait généralement des dommages.
• Dans les populations cellulaires avec un ratio donneur:receveur de 1:3, la fréquence FREP1Q224 est passée de 25 % à > 90 % sur 10 générations;
• La fréquence des allèles NHEJ est passée de 5,4 % à

La modélisation bayésienne a soutenu l'hypothèse d'une conversion élevée, d'une faible fréquence de mutations stables et d'un effet de mosaïcisme stérile létal, où les homozygotes WT avec le génotype maternel Cas9 souffraient de mutations somatiques et d'une survie réduite.

Les générations ultérieures ont montré une suppression presque complète des oocystes de P. falciparum (médiane de 0 à 5,5), confirmant que la population était devenue largement réfractaire à la transmission du parasite.

L'allèle protecteur n'avait aucun avantage caché ni effet secondaire et se propageait par pulsion.

Conclusions

L'étude a révélé que le remplacement d'un seul acide aminé dans la protéine FREP1 et le déplacement de son héritage à l'aide d'un lecteur de gènes pourraient rendre Anopheles stephensi pratiquement immunisé contre le paludisme - à la fois humain et rongeur - sans compromettre la viabilité des moustiques.

Cette approche complète les mesures existantes (moustiquaires, insecticides, médicaments) dont l'efficacité est réduite par la résistance. Un tel système peut également être utilisé pour restaurer la sensibilité aux insecticides ou introduire d'autres allèles protecteurs.

Avant que la technologie puisse être mise en œuvre, des cadres environnementaux, éthiques et de gouvernance stricts, ainsi que des systèmes de contrôle de la diffusion, sont nécessaires.