Triệt sản muỗi bằng kỹ thuật chỉnh sửa gene
Các nhà nghiên cứu tạo ra đột phá trong kỹ thuật kiểm soát số lượng muỗi vằn (Aedes aegypti), loài muỗi truyền bệnh sốt xuất huyết, sốt vàng da, Zika.
Nghiên cứu công bố trên tạp chí PNAS báo cáo kết quả lần đầu tiên sử dụng kỹ thuật chỉnh sửa gene CRISPR/Cas9 nhắm vào một gene đặc biệt liên quan tới sinh sản ở muỗi đực. Các nhà nghiên cứu nhận thấy đột biến này có thể ức chế sinh sản ở muỗi cái.
Montell và cộng sự đang làm việc để cải tiến phương pháp kiểm soát vật gây hại mang tên kỹ thuật triệt sản côn trùng (SIT). Để quản lý số lượng, nhóm nghiên cứu nuôi rất nhiều côn trùng đực triệt sản. Sau đó, họ thả con đực với số lượng áp đảo con đực hoang dã. Con cái sẽ giao phối với con đực triệt sản và trở nên vô sinh, qua đó làm giảm số lượng thế hệ tiếp theo. Việc lặp lại kỹ thuật này vài lần có khả năng giúp phá hủy quần thể. Ngoài ra, do mỗi thế hệ có số lượng nhỏ hơn thế hệ trước đó, thả số lượng con đực tương tự sẽ cho hiệu quả mạnh hơn theo thời gian.
SIT rất hiệu quả trong quản lý nhiều loài động vật gây hại cho nông nghiệp, bao gồm ruồi giấm Địa Trung Hải, loài gây hại nghiêm trọng ở California. Phương pháp này cũng được thử nghiệm với muỗi vằn có nguồn gốc từ châu Phi, vật xâm hại ở nhiều nơi trên thế giới do biến đổi khí hậu và lưu thông toàn cầu.
Trong quá khứ, các nhà khoa học sử dụng hóa chất hoặc bức xạ để triệt sản muỗi A. aegypti đực. "Có đủ gene có thể tác động tới sinh sản thay vì chiếu chùm tia vào một số lượng lớn gene khiến muỗi đực vô sinh", Craig Montell, giáo sư Phân tử, Tế bào và Sinh học phát triển ở Đại học California, Santa Barbara, cho biết. Tuy nhiên, hóa chất hoặc bức xạ tác động tới sức khỏe loài vật nhiều tới mức chúng giao phối với muỗi cái kém hơn, làm giảm hiệu quả của SIT.
Montell cho rằng có thể dùng phương pháp với mục tiêu cụ thể và ít gây thiệt hại chung hơn. Ông và các đồng nghiệp, bao gồm Jieyan Chen và Junjie Luo, quyết định gây đột biến một gene ở muỗi giúp triệt sản con đực mà không tác động tới sức khỏe của chúng. Họ tìm thấy lựa chọn tốt nhất là gene b2-tubulin (B2t).
Sử dụng công nghệ chỉnh sửa gene CRISPR/Cas9, nhóm nghiên cứu vô hiệu hóa gene B2t ở muỗi vằn đực. Họ nhận thấy con đực mang gene đột biến không sản sinh tinh trùng nhưng hoàn toàn khỏe mạnh. Trong một thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đưa 15 con muỗi đực đột biến vào đàn 15 con muỗi cái trong 24 giờ.
Sau đó, họ thay thế những con muỗi đã chỉnh sửa gene B2t bằng 15 con muỗi hoang dã và để chúng ở đó. Theo Montell, tất cả muỗi cái vẫn vô sinh. Kết quả thí nghiệm giúp xác nhận muỗi đực đột biến có thể ức chế sinh sản ở muỗi cái.
Tiếp theo, nhóm nghiên cứu muốn xác định vai trò của thời gian để thu được hiệu quả. Họ để muỗi cái tiếp xúc với con đực đột biến trong những khoảng thời gian khác nhau.
Các nhà nghiên cứu nhận thấy không có khác biệt đáng kể nào sau 30 phút, nhưng khả năng sinh sản của muỗi cái giảm nhanh với khoảng thời gian lâu hơn. Muỗi cái giao phối trung bình hai lần ngay cả trong 10 phút đầu tiên. Điều này hé lộ muỗi cái cần ghép đôi với nhiều con đực triệt sản để trở nên vô sinh. Kết hợp muỗi cái với muỗi đực đã chỉnh sửa gene B2t trong 4 giờ khiến tỷ lệ sinh sản giảm 20% so với bình thường.
Với hiểu biết từ các đợt thử nghiệm, nhóm nghiên cứu tìm cách áp dụng SIT trong điều kiện tự nhiên hơn. Họ cùng lúc đưa những con muỗi đực đột biến và hoang dã theo tỷ lệ khác nhau vào đàn 15 con muỗi cái trong một tuần và ghi chép tỷ lệ sinh sản của muỗi cái. Với tỷ lệ 1 con muỗi đực hoang dã và 5 - 6 muỗi đực triệt sản, tỷ lệ sinh sản của muỗi cái giảm một nửa. Khi tỷ lệ muỗi đực hoang dã so với muỗi triệt sản là 1/15, tỷ lệ sinh sản của muỗi cái giảm khoảng 20%.
Hiện nay, quần thể muỗi vằn có thể dễ dàng phục hồi nếu tỷ lệ sinh sản giảm 80%. Thành công của đến từ các đợt thả muỗi triệt sản liên tiếp, trong đó đợt sau hiệu quả hơn đợt trước do muỗi đực triệt sản chiếm tỷ lệ ngày càng tăng trong quần thể. Montell đang lên kế hoạch tiếp tục tìm hiểu hành vi giao phối và sinh sản của muỗi nhằm phát hiện những cách mới để ức chế số lượng muỗi.
