Kiểm soát muỗi bằng cách chuyển đổi muỗi cái thành muỗi đực không nhiễm khuẩn

Các nhà nghiên cứu của Virginia Tech đã chứng minh chỉ có một gen duy nhất có thể chuyển đổi muỗi cái Aedes aegypti thành muỗi đực có khả năng sinh sản và xác định một gen cần thiết để muỗi đực bay.

Muỗi đực không hút máu và không thể truyền mầm bệnh cho con người. Ngược lại, muỗi cái Aedes aegypti cần máu để sản xuất trứng, khiến chúng trở thành loài côn trùng chủ yếu mang mầm bệnh Zika (Virus Zika là một bệnh nhiễm virus chủ yếu lây lan khi bị muỗi đốt. Zika virus để lại hậu quả nặng nề đặc biệt đối với phụ nữ mang thai gây dị tật bẩm sinh) và sốt xuất huyết ở người.

Ông Zijian Tu, giáo sư của Khoa Hóa sinh thuộc trường Đại học Nông nghiệp và Khoa học Đời sống nói: "Sự hiện diện của một locus xác định giống đực (Locus M) thiết lập giống đực ở Aedes aegypti và locus M chỉ con cái có được, giống như nhiễm sắc thể Y của con người",

"Bằng cách chèn Nix, phát hiện một gen xác định giống đực trước đó trong locus M của Aedes aegypti, vào vùng nhiễm sắc thể có thể do con cái di truyền, chúng tôi đã chỉ ra rằng Nix là đủ để chuyển đổi con cái thành con đực có khả năng sinh sản, đồng thời phát triển các kỹ thuật kiểm soát muỗi trong tương lai". Điều này đã được công bố trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia.

Azadeh Aryan, nhà nghiên cứu khoa học thuộc phòng thử nghiệm của ông Tu và là tác giả đầu tiên của bài báo cho biết: "Chúng tôi cũng phát hiện ra gen thứ hai, có tên là myo-sex rất cần thiết cho con đực để bay. Chương trình nghiên cứu này làm sáng tỏ chức năng phân tử của locus M, chứa ít nhất 30 gen".

Aryan và các đồng nghiệp của ông đã tạo ra và mô tả nhiều dòng muỗi chuyển gen thể hiện một bản sao bổ sung của gen Nix dưới sự kiểm soát của chính vùng gen khởi động của nó. Maria Sharakhova, trợ lý giáo sư côn trùng học tại trường Đại học Nông nghiệp và Khoa học Đời sống và Anastasia Naumencko, cựu trợ lý nghiên cứu sau đại học, đã lập sơ đồ vị trí chèn nhiễm sắc thể của bản sao thêm của Nix.

Nhóm của Virginia Tech, phối hợp với phòng thử nghiệm của Zach Adelman thuộc Khoa Côn trùng học tại trường Đại học Texas A & M và Chunhong Mao của Viện Biocomplexity & Initiative thuộc trường Đại học Virginia, nhận thấy rằng Nix chuyển gen, ngay cả khi không có locus M, là đủ để chuyển đổi con cái thành con đực với các đặc điểm dị hình giới tính đặc trưng của con đực và biểu hiện gen giống đực.

"Chuyển đổi giới tính qua trung gian Nix trong phòng thử nghiệm đã cho thấy có tính xâm nhập cao và ổn định qua nhiều thế hệ, có nghĩa là những đặc điểm này sẽ được di truyền cho các thế hệ sau", Michelle Anderson, cựu thành viên thuộc các phòng thử nghiệm của Adelman và của Tu, hiện nay là một nhà khoa học nghiên cứu chính thuộc Viện Pirbright tại Vương quốc Anh.

Mặc dù gen Nix có thể chuyển đổi con cái thành con đực, con đực được chuyển đổi không thể bay vì chúng không được thừa hưởng gen myo-sex, cũng nằm trong locus M.

Loại bỏ giới tính myo ở những con đực hoang dã khẳng định rằng việc thiếu giới tính ở những con đực chuyển đổi giới tính là lý do khiến chúng không thể bay. Mặc dù bay lượn là cần thiết để giao phối, nhưng các con đực chuyển đổi giới tính vẫn có thể  thành cha chuyển đổi giới tính khả thi khi có sự hiện diện của những con cái hoang dã được gây tê lạnh.

James Biedler, một nhà nghiên cứu khoa  học thuộc phòng thử nghiệm của Tu nói: "Nix có tiềm năng lớn trong việc phát triển các chiến lược kiểm soát muỗi để giảm quần thể vectơ thông qua chuyển đổi giới tính từ con cái sang con đực hoặc hỗ trợ Kỹ thuật côn trùng vô sinh, chỉ yêu cầu thả những con đực không hút máu".

Phương pháp di truyền dựa vào giao phối để kiểm soát muỗi chỉ tập trung vào một loài cụ thể. Trong trường hợp này, nhóm của Tu đang nhắm vào Aedes aegypti, một loài xuất hiện ở châu Mỹ từ hàng trăm năm trước và là mối đe dọa cho con người.

Tuy nhiên, cần có nhiều nghiên cứu hơn nữa  khi có thể tạo ra các dòng biến đổi gen để thử nghiệm ban đầu trong các lồng của phòng thử nghiệm. Adelman nói: "Một trong những thách thức là tạo ra các dòng biến đổi gen biến các con muỗi cái thành các con muỗi đực có khả năng sinh sản bằng cách đưa cả gen Nix và myo-sex vào bộ gen của chúng".

Nhóm của Tu hiện nay mong muốn khám phá cơ chế mà gen Nix kích hoạt con đường phát triển của con đực. Nhóm nghiên cứu cũng quan tâm đến việc tìm hiểu về cách thức tiến hóa trong các loài muỗi cùng loại.

Tu, người cũng là một giảng viên thuộc Viện Khoa học Đời sống Fralin nói: "Chúng tôi đã phát hiện ra rằng, gen Nix có trong các loài muỗi Aedes khác. Câu hỏi đặt ra là: gen này và cơ địa xác định giới tính tiến hóa ra sao ở muỗi? ".

Ngoài việc chú trọng nghiên cứu gen Nix ở muỗi, các nhà nghiên cứu hy vọng các phát hiện này sẽ cung cấp nhiễm sắc thể giới tính tương đồng được tìm thấy ở các loài côn trùng, động vật có xương sống và thực vật khác cho các nghiên cứu trong tương lai.

Đỗ Quyên dịch

Nguồn: ScienceDaily