Avances en el Control de Plagas Genético con Drives Genéticos Sintéticos

Los científicos están trabajando en nuevas formas de manejar plagas y enfermedades usando herramientas genéticas avanzadas. Uno de los enfoques más prometedores involucra algo llamado "sintéticos impulsores de genes". Estos sistemas pueden esparcir características específicas a través de poblaciones de plagas, como los mosquitos, para ayudar a controlar enfermedades como la malaria.

#¿Qué son los impulsores genéticos sintéticos?

Los impulsores genéticos sintéticos usan técnicas de genética, en particular un método llamado CRISPR. Esta tecnología permite a los científicos editar genes en organismos vivos. Los impulsores de genes pueden asegurar que una característica deseada se pase a casi toda la descendencia, a diferencia de los patrones de herencia normales donde las características no siempre se transmiten.

En el contexto del control de plagas, los impulsores de genes se pueden diseñar para reducir la tasa de reproducción de una especie de plaga. Por ejemplo, los investigadores están viendo cómo reducir el número de mosquitos hembra que pueden reproducirse, lo que ayudaría a manejar sus poblaciones.

#El desafío de la resistencia

Aunque los impulsores de genes muestran mucho potencial, también enfrentan desafíos. Uno de los problemas principales es el desarrollo de resistencia. Así como las bacterias pueden volverse resistentes a los antibióticos, las plagas pueden desarrollar cambios genéticos que las hacen menos susceptibles a los impulsores de genes.

La resistencia puede ocurrir a través de variaciones genéticas naturales o mediante mutaciones que ocurren cuando el impulsor de genes corta el ADN. Estos cambios pueden impedir que el impulsor de genes propague efectivamente su característica deseada. La efectividad de un impulsor de genes dependerá de cuántos individuos resistentes haya en la población de plagas y cómo estas mutaciones afecten su supervivencia.

#Tipos de variantes resistentes

Los investigadores han identificado dos tipos de resistencia:

1. Resistencia funcional (R1): Estos cambios restauran la función del gen objetivo, haciendo que el impulsor de genes sea ineficaz. Los individuos con estas mutaciones pueden prosperar a pesar de la presencia de un impulsor de genes.

2. Resistencia no funcional (R2): Estas mutaciones impiden que el impulsor de genes funcione, pero con costos como tasas de supervivencia más bajas o incapacidad para reproducirse.

Los investigadores encontraron que los Alelos R1 pueden apoderarse rápidamente de una población cuando se libera un impulsor de genes, lo que lleva al fracaso del impulsor para propagarse de manera efectiva. Los alelos R2, aunque bloquean el impulsor de genes, tienden a tener un impacto menor en su efectividad general.

#Cómo se desarrolla la resistencia

La principal forma en que surgen nuevas variantes resistentes es a través de un proceso llamado reparación propensa a errores después de que el impulsor de genes ha cortado el gen objetivo. Este proceso de reparación puede crear mutaciones. En los mosquitos, la mayoría de estas mutaciones pueden ocurrir temprano en el desarrollo, y si el impulsor de genes está presente, esto puede llevar a un mayor número de alelos resistentes.

Los científicos han encontrado que limitar la expresión de la enzima de corte (Cas9) a las primeras etapas del desarrollo puede reducir el número de alelos resistentes producidos.

#Hallazgos anteriores con impulsores de genes

Los equipos de investigación han desarrollado impulsores de genes que apuntan al gen doublesex (dsx) en mosquitos, específicamente con el objetivo de reducir el número de mosquitos hembra fértiles. Algunos de estos impulsores de genes han mostrado éxito en configuraciones de laboratorio, donde pueden reducir eficazmente las poblaciones de mosquitos. Sin embargo, al considerar liberaciones en poblaciones naturales, el riesgo de desarrollar resistencia se vuelve mucho más significativo.

Dado que las poblaciones salvajes de mosquitos son vastas en comparación con las de laboratorio, incluso unos pocos individuos resistentes pueden tener una buena oportunidad de sobrevivir y reproducirse, haciendo que el impulsor de genes sea menos efectivo o completamente ineficaz.

#Estrategia para abordar la resistencia

A la luz de los desafíos que presenta la resistencia, los investigadores están trabajando para desarrollar herramientas genéticas que puedan apuntar a múltiples sitios dentro del gen dsx. Al hacerlo, esperan reducir la posibilidad general de desarrollar resistencia. Si un impulsor de genes puede operar en múltiples sitios, se vuelve más difícil que una sola mutación lo haga ineficaz.

Además, los investigadores han creado nuevos métodos para evaluar cuán rápidamente puede desarrollarse la resistencia. Esto es esencial para predecir los resultados de la liberación de impulsores de genes en la naturaleza. Al entender las tasas de desarrollo de resistencia que se habían subestimado anteriormente, pueden diseñar mejores impulsores de genes.

#Descubriendo nuevas variantes resistentes

Para entender mejor el potencial de resistencia contra el impulsor de genes dsx, los científicos crearon un proceso para probar tanto variaciones naturales como inducidas por el impulsor de genes a gran escala. Podían simular la actividad del impulsor de genes y descubrir alelos resistentes más raros.

Con la ayuda de herramientas genéticas, los científicos ahora pueden identificar cuántos alelos resistentes pueden formarse en una población y cómo estos podrían afectar la efectividad del impulsor de genes con el tiempo.

#Probando las variantes

Los científicos realizaron experimentos en el laboratorio para ver cómo se comportan estas variantes resistentes cuando está presente un impulsor de genes. Observaron cómo funcionaban varios alelos del gen dsx y su capacidad para resistir el impulsor de genes.

Entre las variantes probadas, las mutaciones naturales presentes en la población resultaron ser susceptibles al impulsor de genes. Sin embargo, se identificaron nuevos alelos resistentes generados a través de la actividad del impulsor de genes, lo que indica que la resistencia podría evolucionar bajo presión selectiva.

Algunas de estas variantes resistentes fueron diseñadas para probar sus efectos en la actividad del impulsor de genes. Algunos alelos bloquearon completamente el impulsor de genes, mientras que otros permitieron cierta actividad del impulsor, pero a tasas reducidas. Esta comprensión matizada de la resistencia ayudará a los investigadores a diseñar mejores estrategias para manejar plagas.

#Impulsores de genes multiplexados

Para combatir la resistencia, los investigadores también están desarrollando impulsores de genes multiplexados que apuntan a múltiples sitios dentro de un gen, como el gen dsx. Este diseño no solo reduce la probabilidad de resistencia, sino que también mejora las posibilidades de que el impulsor de genes se propague a través de la población. Teóricamente, si un sitio tiene una mutación resistente, los sitios restantes aún pueden permitir que el impulsor de genes funcione.

Los impulsores de genes multiplexados han mostrado altas tasas de transmisión en experimentos de laboratorio, funcionando tan bien o mejor que los de un solo objetivo. Este avance podría mejorar significativamente las estrategias de manejo de plagas en entornos naturales.

#Impacto en el control de poblaciones

Al probar los impulsores de genes multiplexados en configuraciones de laboratorio, los investigadores observaron que estos nuevos impulsos podían esparcirse rápidamente a través de poblaciones de mosquitos, reduciendo efectivamente su capacidad reproductiva. En varias pruebas, los nuevos impulsores de genes lograron disminuir significativamente la población de mosquitos en un corto período de tiempo.

Al usar estos impulsores de genes avanzados, los científicos pueden manejar potencialmente las poblaciones de mosquitos de manera mucho más efectiva, llevando a una reducción en la transmisión de enfermedades como la malaria.

#Conclusión

El desarrollo de impulsores genéticos sintéticos promete mucho para controlar las poblaciones de plagas y prevenir la propagación de enfermedades. Sin embargo, el desafío de la resistencia es significativo. Al entender cómo se desarrolla la resistencia, los científicos pueden crear impulsores de genes más robustos que apunten a múltiples sitios genéticos, aumentando así su efectividad en escenarios reales.

A medida que los investigadores continúan refinando estas herramientas, el potencial de los impulsores de genes para ayudar a gestionar poblaciones de plagas portadoras de enfermedades se vuelve más tangible. Con estudios y experimentos en curso, nos acercamos a realizar los beneficios de los impulsores de genes en salud pública y manejo de plagas. Este enfoque combinado de entender la resistencia y emplear diseños multiplexados jugará un papel crítico en el futuro del control genético de plagas.