Nyamuk membawa beberapa penyakit paling mematikan di dunia, termasuk malaria, demam kuning, dan demam berdarah. Namun tantangan geografi, konflik, anggaran dan resistensi insektisida merupakan beberapa permasalahan yang menghambat upaya untuk memberantasnya.
Dengan kasus malaria global yang terus meningkat dan krisis iklim mempercepat penyebarannya Dengan banyaknya nyamuk pembawa virus di banyak negara, para ilmuwan mencari cara yang murah dan adil untuk menghentikan penularan penyakit.
Mungkinkah memanfaatkan penyimpangan genetik – sebuah proses yang dapat dengan cepat menyebarkan modifikasi genetik – menjadi jawabannya?
Apa itu dorongan genetik?
“Penyimpangan genetik hanyalah sebuah mekanisme yang memungkinkan gen menyebar ke seluruh populasi,” kata Prof Luke Alfie, ketua genetika di Universitas York. “Saat menjadi penting adalah saat kita menggunakannya untuk menyebarkan suatu sifat yang bermanfaat bagi masyarakat.”
Menurut aturan genetik normal, hewan memiliki peluang 50:50 untuk mewarisi satu gen dari salah satu orangtuanya. Namun penyimpangan genetik adalah proses alami di mana gen tertentu diprioritaskan, artinya peluangnya untuk diwariskan mencapai 99%. Dalam beberapa generasi, hampir semua spesies akan membawa gen tersebut.
Para ilmuwan telah mempelajari proses ini selama beberapa dekade, namun baru belakangan ini mereka mengembangkan cara untuk mereplikasinya secara artifisial di laboratorium. Kini mereka berharap dapat menggunakannya untuk menyebarkan modifikasi genetik ke seluruh populasi hewan – seperti nyamuk – untuk membantu mengurangi jumlah mereka atau mencegah mereka menularkan penyakit.
Secara umum, modifikasi genetik adalah cara ilmuwan melakukan perubahan pada karakteristik genetik tertentu, seperti kemampuan nyamuk membawa parasit penyebab malaria. Sementara dalam gene drive (buatan), para ilmuwan mengubah cara gen diwariskan antar generasi untuk memprioritaskan penyebaran gen tertentu.
Dengan menggabungkan proses-proses ini, para ilmuwan dapat menyebarkan modifikasi genetik yang diinginkan—berpotensi ke seluruh spesies.
Dr Nicolai Windbichler, ahli genetika di Imperial College London, menggambarkannya sebagai cara untuk “merekayasa genetika seluruh populasi”, bukan individu.
Mengapa ini penting?
Malaria ditularkan melalui gigitan betina Anopheles nyamuk, yang tersebar luas di Afrika sub-Sahara. Saat aktif Aedes spesies (nyamuk demam kuning), hidup di seluruh Amerika, Afrika dan Asia dan menyebarkan virus serius lainnya, termasuk demam berdarah, demam kuning dan Zika – yang telah mewabah dalam dekade terakhir, khususnya di Amerika Selatan.
Darurat iklim mendorong nyamuk pembawa penyakit semakin jauh, dengan Zika yang pertama kali ditularkan oleh nyamuk kasus di Eropa terdaftar pada tahun 2019, dan kasus malaria global telah terjadi dibangkitkan sejak pandemi Covid setelah dua dekade mengalami penurunan bertahap. Pada tahun 2023 terdapat 263 juta kasus, 11 juta lebih banyak dibandingkan tahun sebelumnya – dan 600.000 kematian, tiga perempatnya terjadi pada anak balita. Lebih dari 1.200 anak per hari meninggal karena malaria.
Dr John Connolly, pejabat senior ilmu regulasi di kelompok penelitian Target Malaria, mengatakan: “Alat yang kami kembangkan 10 hingga 20 tahun yang lalu – khususnya kelambu yang diberi insektisida – sangat efektif dalam mengurangi prevalensi (malaria) dan kasus kematian, namun perbaikan yang saya lihat terhenti.”
Selain mengembangkan resistensi terhadap insektisida, nyamuk juga beradaptasi dengan gigitan kecuali pada malam hari. Kampanye anti-malaria terkendala oleh keinginan masyarakat untuk mematuhi kelambu dan vaksinasi, serta permasalahan yang lebih luas seperti tantangan geografi, konflik, fluktuasi prioritas pemerintah, dan masalah pendanaan.
“Ada kebutuhan untuk mengidentifikasi alat-alat inovatif untuk diintegrasikan ke dalam pendekatan kita dalam menangani faktor-faktor ini,” kata Connolly.
Daripada menggantikan alat yang sudah ada, para ilmuwan berharap gene drive akan menambah alat dalam memerangi penyakit yang ditularkan oleh nyamuk. Dan, tidak seperti kebanyakan intervensi lainnya, dampaknya akan terasa sama karena intervensi ini menargetkan nyamuk dibandingkan mengandalkan tindakan manusia.
Bagaimana gene drive digunakan?
Tim peneliti yang berbeda sedang mengeksplorasi cara-cara unik dalam menggunakan gene drive, meskipun semuanya mempunyai tujuan akhir untuk mengurangi beban penyakit.
Proyek Target Malaria, misalnya, difokuskan pada penekanan populasi. Kemitraan antara Imperial College London dan tim di Italia, AS, Burkina Faso, Ghana dan Uganda berharap dapat menggunakan dorongan genetik untuk menyebarkan modifikasi genetik yang membuat perempuan Anopheles gambiae nyamuk tidak subur.
Pengujian berbasis laboratorium terhadap 1.000 nyamuk dalam kandang berukuran 5 meter kubik menunjukkan bahwa dorongan genetik secara efektif menyebarkan gen yang dimodifikasi ke sebagian besar populasi dalam waktu beberapa bulan (siklus hidup nyamuk laboratorium adalah sekitar tiga minggu), sehingga menyebabkan peningkatan jumlah nyamuk. jumlah perempuan mandul yang menyebabkan populasi menurun.
Transmisi Nol, sebuah proyek Imperial terpisah yang bekerja sama dengan Institut Kesehatan Ifakara (IHI) di Tanzania, berfokus pada penggunaan drive gen untuk modifikasi populasi. Tujuannya adalah untuk mengurangi kemampuan nyamuk menularkan malaria tanpa mempengaruhi jumlahnya. Pertama, para ilmuwan memodifikasi nyamuk sehingga mereka tidak dapat menularkan parasit penyebab malaria (“resistensi”), dan kemudian menggunakan dorongan genetik (“pendorong”) untuk menyebarkan resistensi ini ke seluruh populasi nyamuk.
Inisiatif Malaria Universitas California (UCMI) juga menyelidiki modifikasi populasi dalam kemitraan dengan tim di Portugal dan São Tomé dan Príncipe, tetapi menggunakan mekanisme di mana modifikasi genetik dan dorongan genetik digabungkan menjadi satu proses.
Ketiga proyek tersebut mendapat pendanaan dari Bill & Melinda Gates Foundation yang memprioritaskan pemberantasan malaria.
Apakah bisa mengatasi penyakit selain malaria?
Laboratorium Alfie di Universitas York sedang meneliti penggunaan dorongan genetik untuk membatasi kemampuan Aedes aegypti nyamuk untuk menyebarkan demam berdarah dan virus lainnya.
Tim ini sedang mengerjakan “drive gen lokal” yang akan menyebarkan modifikasi ke populasi target kecil, namun tidak ke seluruh spesies. Ini sangat penting sebagai Aedes aegypti jauh lebih luas dibandingkan dengan virus yang membawa penyakit malaria.
“Kami tidak selalu ingin memodifikasi seluruh spesies – mungkin suatu spesies bersifat invasif di suatu wilayah, namun kami ingin melestarikan populasi asli di tempat lain,” kata Alfie.
Gene drive lokal secara teknis lebih kompleks daripada contoh spesies secara luas karena memerlukan berbagai komponen genetik yang berbeda untuk menyebarkan dan membatasi sifat yang diinginkan sesuai kebutuhan, namun tim berharap untuk memiliki prototipe yang siap untuk diuji di alam liar dalam waktu 10 tahun. Laboratorium Alfie juga menerima dana dari Gates Foundation untuk penelitian penggerak gen.
Tim peneliti lain di seluruh dunia sedang dalam tahap awal penelitian menggunakan rekayasa genetika untuk mengurangi populasi spesies invasif seperti kerang emas dan hama pertanian seperti tikus.
Apa risikonya?
Seperti halnya teknologi rekayasa genetika revolusioner lainnya, penggerak genetika merupakan hal yang kontroversial.
A makalah tahun 2021 oleh tim Connolly mengidentifikasi 46 potensi bahaya – namun ia menekankan bahwa hanya sedikit yang mungkin serius atau bahkan mungkin terjadi.
Kekhawatiran mengenai penggunaannya mencakup potensi dampak yang tidak diketahui terhadap ekosistem dari pemusnahan nyamuk, atau apakah pemusnahan atau perubahan spesies pembawa malaria dapat menyebabkan berkembangnya spesies lain yang membawa penyakit lain.
“Adalah tanggung jawab kami untuk menilai dan menganalisis semua risiko yang mungkin terjadi, menggunakan pemodelan dan eksperimen jika diperlukan, dan kami hanya dapat melanjutkan ke uji coba lapangan setelah kami puas,” kata Connolly, menekankan bahwa Target Malaria hanya berfokus pada tiga spesies nyamuk saja. dari sekitar 3.500 yang ada.
Para peneliti telah melakukan program berskala besar yang melibatkan pejabat dan masyarakat untuk mengatasi masalah ini, termasuk di Burkina Faso, Uganda, dan Tanzania.
Alfie percaya bahwa gene drive lokal dapat membantu meringankan ketakutan mengenai konsekuensi yang tidak diketahui karena dampak apa pun hanya bersifat jangka pendek dan tidak menyebar ke seluruh spesies. “Kami melakukan kesalahan karena berhati-hati,” katanya.
Kapan kita akan melihat gene drive digunakan di luar laboratorium?
“Hasil yang kami peroleh di laboratorium sangat menarik,” kata Connolly. “Tetapi ujian sebenarnya adalah apa yang terjadi pada nyamuk di lapangan – dan akibatnya terhadap tingkat malaria.”
Tim Target Malaria di Burkina Faso menguji pelepasan pertama nyamuk hasil rekayasa genetika (jantan mandul) di Afrika pada tahun 2019. nyamuk.
Meskipun tidak ada satupun yang melibatkan gene drive, hal ini merupakan langkah penting agar nyamuk gene drive dapat dilepasliarkan ke alam liar. Para ilmuwan berharap dapat memulai uji coba lapangan eksperimental dalam lima tahun ke depan – namun masalah teknis hukum menghambat kemajuan tersebut.
“Hasil yang kami peroleh di laboratorium sangat menarik,” kata Connolly. “Tetapi ujian sebenarnya adalah apa yang terjadi pada nyamuk di lapangan – dan akibatnya terhadap tingkat malaria.”
Karena teknologi ini baru, belum ada proses untuk menyetujui eksperimen penggerak gen. Sebelum dapat dilanjutkan, kelompok penelitian harus bekerja sama dengan masing-masing negara terlebih dahulu untuk menentukan siapa yang akan mengatur gene drive dan menyetujui penggunaannya.
Meskipun undang-undang yang ada seputar penggunaan tanaman transgenik dapat menjadi dasar untuk mengatur rekayasa genetika, undang-undang tersebut biasanya menyatakan bahwa tidak boleh ada perpindahan lintas batas spesies yang dimodifikasi tanpa persetujuan dengan negara terkait. “Nyamuk tidak memahami batas internasional, jadi kita memerlukan perjanjian regional di Afrika sub-Sahara,” kata Connolly. Uni Afrika diketahui sedang menyelidiki masalah ini.
Karena gene drive lokal hanya memerlukan persetujuan lokal, penerapannya mungkin akan lebih cepat – namun teknologinya membutuhkan waktu lebih lama untuk dikembangkan.
Namun uji lapangan apa pun tidak akan dilakukan sampai masyarakat dan pemerintah menyetujuinya. “Kami hanya mengembangkan teknologi – apakah suatu negara memutuskan untuk mengadopsi atau menggunakannya, itu berada di luar jangkauan kami,” kata Profesor George Christofides, salah satu direktur Transmisi Nol.
Windbichler menambahkan: “Pada akhirnya, pertanyaan mengenai kapan hal ini akan terjadi bukanlah pertanyaan teknis, melainkan pertanyaan politis.”
