Brazilië zal miljarden in het laboratorium gekweekte muggen vrijgeven om infectieziekten te bestrijden. Zal het werken?

Brazilië zal miljarden in het laboratorium gekweekte muggen vrijgeven om infectieziekten te bestrijden. Zal het werken?

Door Kelly ServickOct. 13, 2016, 9:00 uur

BRAZILIË Elke zaterdagochtend gaat Maria do Carmo Tunussi van deur tot deur en vraagt ​​haar buren om hun huizen en werven te zoeken naar bloempotten, emmers, verstopte dakgoten iets dat water kan verzamelen en muggen een plek biedt om te broeden. Al 17 jaar is Tunussi een gezondheidsagent in de plaatselijke kliniek in CECAP / Eldorado, een district met ongeveer 5000 inwoners in het kleine stadje Piracicaba, 2 uur ten noordwesten van São Paulo, Brazilië. Ze heeft veel stijgingen van het door muggen overgedragen knokkelkoortsvirus gezien, dat koorts, misselijkheid en pijnlijke gewrichtspijn veroorzaakt. De taak voelt soms zinloos. "Je verwijdert de broedplaats de ene dag en de volgende dag is hij terug", zegt ze. "Het stopt nooit."

Afgelopen april werd CECAP de eerste wijk in Piracicaba die iets nieuws probeerde een hulpmiddel voor het bestrijden van muggen dat volgens Tunussi niet alleen knokkelkoorts heeft uitgeroeid, maar het Zika-virus ervan heeft weerhouden zich te handhaven. Dat hulpmiddel is OX513A een stam van transgene Aedes aegypti- muggen die zijn ontworpen om de populatie te verminderen door een dodelijk gen aan hun nakomelingen door te geven.

In Florida is een geplande release van Oxitec, het bedrijf achter de insecten, verzet in het openbaar verzet. Maar hier in Piracicaba lijken maar weinig bewoners een oogje te hebben op de kleine wolken muggen die uit het raam van het Oxitec-busje op hun langzame ochtendroute morsen.

Dat kan zijn omdat knokkelkoorts hier zo gewoon is. Het virus heeft vorig jaar ongeveer anderhalf miljoen mensen in Brazilië ziek gemaakt, en meer dan 1600 in Piracicaba tussen juli 2015 en juli 2016. Paniek over de verspreiding van het Zika-virus heeft alleen de belangstelling voor oplossingen die verder gaan dan pesticiden versterkt, die effectief is tegen A. aegypti en het verwijderen van foksites, die ondanks de inspanningen van Tunussi moeilijk is om jaar na jaar bij te houden. Het is dus niet verwonderlijk dat Oxitec 7 jaar na het uitbrengen van 's werelds eerste genetisch gemodificeerde (GM) mug Brazilië heeft gekozen als de locatie voor een grote opschaling. Het gaat van kleinschalige proefprojecten zoals die in CE CAP naar geplande releases voor tienduizenden mensen.

Brazilië wordt inderdaad een proeftuin voor op maat gemaakte muggen. Ongeveer 600 kilometer naar het oosten, in de kuststeden Niterói en Rio de Janeiro, bevindt zich nog een andere soort muggen. Gekweekt door een non-profit organisatie genaamd Eliminate Dengue, deze is besmet met een bacterie genaamd Wolbachia pipientis die het beschermt tegen infectie met dengue, Zika en een derde virus genaamd chikungunya.

De meeste wetenschappers zijn ervan overtuigd dat beide muggensoorten veilig zijn voor mens en milieu. Maar de twee projecten verschillen radicaal in zowel hun wetenschappelijke benaderingen als hun financieringsmodellen. Of een van beide het aantal door muggen overgedragen ziekten daadwerkelijk kan verlagen, is nog een open vraag. En als een van beide effectief blijkt, zullen Brazilië en vele andere ontwikkelingslanden nog een vraag krijgen: is het economisch zinvol om miljarden muggen te kopen en vrij te geven?

Genetisch gemodificeerde muggenlarven in het Braziliaanse laboratorium van Oxitec. Paulo Friedman

Het Braziliaanse hoofdkantoor van Oxitec, in de industriële stad Campinas, stinkt naar het doorweekte visvoer dat wordt gebruikt om muggenlarven te voeden. Hier kan het bedrijf ongeveer 4 miljoen muggen per week tijdens hun levenscyclus inluiden: van een asfalt poeder van eieren tot kronkelende grijze strengen van larven, vervolgens dichte zwarte poppen ter grootte van rijstkorrels, en tot slot vliegende volwassenen die rondspringen in plastic kuipen ter grootte van afhaalcontainers.

Ze zijn grofweg de 200e generatie van afstammelingen van een enkele mug die 14 jaar geleden in een laboratorium van de Universiteit van Oxford in het Verenigd Koninkrijk is gemaakt, waar geneticus Luke Alphey en zijn team een ​​nieuw gen in insectenembryo's hebben ingebracht. Het codeert voor een eiwit dat bekend staat als een transcriptionele activator, die de expressie van andere genen stimuleert door te binden aan DNA en bepaalde eiwitten die betrokken zijn bij transcriptie. Maar het gen dat Oxitec gebruikt, bekend als tTAV (tetracycline-repressibele transcriptionele activatorvariant) is ontworpen om de expressie van nog meer tTAV aan te sturen in wat een fatale feedbacklus wordt.

Hoe het proces muggen doodt is niet helemaal duidelijk; het overtollige tTAV-eiwit kan de eiwitproductiemachines van de cel binden. "Het veroorzaakt in feite genetische schade en het organisme sterft", zegt Al Handler, een insect geneticus bij het Amerikaanse ministerie van Landbouw in Gainesville, Florida.

Oxitec-muggen met het dodelijke gen groeien op en voeden zich met tetracycline, een antibioticum dat de tTAV- activiteit blokkeert en in leven houdt. Mannetjes, die geen mensen bijten, worden vrijgelaten in dorpen en steden, waar ze paren met wilde vrouwtjes. Hun nakomelingen hopen snel het dodelijke eiwit op en de overgrote meerderheid sterft voordat ze volwassen worden.

Alphey concentreerde zich gedeeltelijk op A. aegypti omdat het de belangrijkste zender is van knokkelkoorts, een groot wereldwijd gezondheidsprobleem. Malaria, hoewel een grotere last, wordt gedragen door meerdere soorten Anopheles, waardoor genetische controle moeilijker wordt. Aedes is ook gemakkelijker te kweken, bestaat bij lage bevolkingsdichtheden die gemakkelijker te verminderen leken, en, vergeleken met andere muggen, is moeilijker te controleren met maatregelen zoals bednetten, zegt Alphey.

Het kiezen van Aedes was ook zakelijk logisch. Het komt veel voor in landen met een gemiddeld inkomen, zoals Brazilië, die het zich mogelijk kunnen veroorloven om het nieuwe product te evalueren en te reguleren en uiteindelijk om het te kopen. Alphey heeft in 2002 een bedrijf opgericht, ondersteund door particuliere durfkapitaalbedrijven en Oxford. Vorig jaar kocht de Amerikaanse synthetische biologie kolos Intrexon Corporation Oxitec voor $ 160 miljoen.

Oxitec heeft wetenschappelijk bewijs verzameld en en een business case door veldproeven in landen waar toezichthouders vriendelijk waren voor experimentele releases. De eerste, op de Kaaimaneilanden in 2009, was grotendeels onbekend voor de wereld totdat Oxitec de resultaten deelde en het veroorzaakte kritiek dat het bedrijf een GM-organisme het veld in had gesjaagd zonder het publiek goed te raadplegen. Maar de resultaten waren bemoedigend: Oxitec rapporteerde ruwweg een vermindering van 96% van de muggenpopulatie in het kleine gebied van 0, 16 vierkante kilometer.

Oxitec deed ook veldtesten in Panama en Maleisië, en het vestigde zijn wortels in Brazilië door een academische samenwerking met de Universiteit van São Paulo en de non-profit onderzoeksfaciliteit Moscamed. Tussen 2011 en 2013 bracht het team Oxitec-muggen uit in drie buurten in de noordoostelijke staat Bahia. In alle drie werd een bevolkingsafname van ten minste 90% gerapporteerd.

Muggen repareren om ziekten te bestrijden

Lab-gefokte muggen die in Brazilië worden getest door Oxitec en Eliminate Dengue zijn ontworpen om ongeboren nakomelingen te hebben of ziekteverwekkers te blokkeren.

K. Sutliff / Science

Maar de samenwerking was rotsachtig. Oxitec zorgde voor de muggen en haar expertise, maar de financiering voor releases en gegevensverzameling kwam voornamelijk uit Bahia en medewerkers ruzieden over de betrokkenheid van het bedrijf bij het onderzoek. Een onafhankelijke evaluatie van het product zou waardevoller zijn geweest, zegt Margareth Capurro, een universiteit van São Paulo, São Paulo, biochemicus die het project mede leidde. "We [vochten] voor een jaar omdat ze eerste en laatste auteurs wilden zijn." Andrew McKemey, hoofd veldoperaties van Oxitec in Abingdon, Verenigd Koninkrijk, zegt dat wetenschappers van het bedrijf terecht werden opgenomen in de documenten die ze hielpen produceren.

De Bahia-resultaten hebben Oxitec geholpen bij het verkrijgen van goedkeuring van de Nationale Technische Commissie voor Biosecurity in Brazilië om muggen commercieel vrij te geven. Ze maakten ook indruk op Pedro Mello, de gezondheidssecretaris van Piracicaba. Het kantoor van Mello, op de achtste verdieping van een gemeentelijk gebouw, kijkt uit over een welvarend centrum van rode pannendaken en een nieuw Oxitec-reclamebord: "De vriendelijke muggen komen aan in de centrale wijk Piracicaba." Terwijl hij het project uitlegt, krabbelt Mello figuren op printerpapier en onderbreekt hij zijn punten met onderstreepingen, waarna hij de vellen haastig verfrommelt.

Dit is geen academische samenwerking; De afdeling van Mello investeert in een mogelijke oplossing voor het mugprobleem van de stad. Omdat Oxitec nog geen marktklaring heeft van het Braziliaanse National Health Surveillance Agency, worden de betalingen van de stad geclassificeerd als een "bijdrage" aan het project. De releases zijn vorig jaar in CECAP begonnen en breiden zich nu uit naar 10 wijken in de binnenstad, met een oppervlakte van 12 km2 met bijna 60.000 inwoners.

Om dat mogelijk te maken, zet Oxitec een nieuwe faciliteit op net buiten de stad, waar het hoopt tegen dit najaar ongeveer 30 miljoen muggen per week te produceren, en vervolgens op te schalen tot 60 miljoen - 30 keer de huidige productie op zijn Campinas-site. Dat is veel verder dan wat Oxitec nodig heeft voor Piracicaba, zegt Glen Slade, directeur van de Braziliaanse dochteronderneming van het bedrijf in Campinas. Slade zegt dat hij "geavanceerde discussies" voert met andere gemeenten.

Het doel hier is niet om muggen te doden. Het is om te voorkomen dat mensen geïnfecteerd en ziek worden en sterven.

Thomas Scott, epidemioloog en insectenecoloog, Universiteit van Californië, Davis

Als de muggen van Oxitec een zelfmoordmissie hebben, zijn Eliminate Dengue missionarissen, die niet zijn ontworpen om wilde muggenpopulaties uit te roeien, maar om ze te transformeren. Op een druilerige ochtend in de Niterói favela van Jurujuba, verspreidt het onderzoeksteam zich over hellingen van afbrokkelende beton om de containers voor het vrijgeven van eieren te vullen, die ongeveer 130 huishoudens hier hebben afgesproken. De witte plastic kuipen zijn verborgen als extra grote paaseieren - onder trappen, naast drempels, in een nis achter een stapel multiplex en oude fietsonderdelen.

De volwassenen die uit de kuipen ontsnappen, dragen Wolbachia, een parasiet waarvan wordt gedacht dat deze van nature voorkomt bij ongeveer 60% van alle insectensoorten. Het was pas in 2005 dat onderzoekers de bacterie overhaalden om zich in A. aegypti te vestigen. Toen ontdekte de mede-oprichter van Eliminate Dengue, medisch entomoloog Scott O'Neill aan de Monash University in Melbourne, Australië, dat met Wolbachia geïnfecteerde muggen bloed gevoed met dengue of chikungunya veel minder kans hadden om positief te testen op het virus (en te verzenden) it) dan controles. Eerder dit jaar rapporteerden onderzoekers van de Oswaldo Cruz Foundation (Fiocruz), het nationale volksgezondheidsinstituut dat samenwerkt met Eliminate Dengue in Brazilië, vergelijkbare resultaten met Zika.

Onderzoekers vermoeden dat de parasiet concurreert met het virus voor beperkte middelen in muggencellen; Wolbachia kan ook het immuunsysteem van zijn gastheer activeren en helpen bij het bestrijden van daaropvolgende infecties. Omdat Wolbachia alleen via eieren aan nakomelingen wordt doorgegeven, vereist verspreiding ervan de vrijlating van vrouwtjes, die kunnen bijten. Maar vanwege de bacterie vormen de vrouwtjes geen transmissierisico, zegt O'Neill.

Eliminate Dengue heeft muggen uitgebracht in meer dan 40 gebieden in Australië, Vietnam, Indonesië, Colombia en Brazilië, grotendeels gefinancierd door subsidies van de Bill & Melinda Gates Foundation. Studies hebben aangetoond dat de parasiet zich in de loop van 10 tot 20 weken tot het punt van "fixatie" kan verspreiden en gedurende ten minste 5 jaar in de populatie kan blijven. Eliminate Dengue heeft als doel een permanente verandering in een muggenpopulatie aan te brengen en verder te gaan - een belangrijk verschil met de oplossing van Oxitec, die jaar na jaar zou moeten worden toegepast, anders zou de bevolking zich herstellen. Maar beide benaderingen hebben alleen lokale effecten; Wolbachia verspreidt zich niet veel verder dan het gebied waar het wordt losgelaten.

Brazilië is een van de verschillende landen waar Eliminate Dengue een opschaling van releases in stedelijke gebieden test. Het heeft onverwachte uitdagingen opgeleverd. Een paar weken na de eerste release zag Fiocruz's Luciano Moreira een daling van het percentage met Wolbachia geïnfecteerde muggen. Het bleek dat de laboratoriumstam, die nog nooit was blootgesteld aan insecticiden, zoveel minder resistent tegen hen was dan wilde muggen dat hij niet kon concurreren in het zwaar bespoten vrijgavegebied. Het team bracht 3 maanden door met het doorkruisen van laboratoriummuggen met wilde exemplaren eigenlijk hun weerstand opdrijvend totdat ze overeenkwamen met de hartelijke inboorlingen.

Een andere complicatie: bepaalde buurten waar toekomstige releases zouden kunnen plaatsvinden, worden gedomineerd door de drugshandel. Een bezoek aan een van hen in Niter i voelde "als iets uit een sciencefictionfilm", zegt O'Neill. "We moesten onze ramen naar beneden draaien zodat mensen ons in de auto konden zien terwijl we reden. Er was een paard met een grote snee langs de zijkant dat werd gebruikt voor transport en kogelgaten in alle muren op grondniveau, " hij zegt. "Als we [het project] daar succesvol kunnen inzetten, denk ik dat we het vrijwel overal ter wereld kunnen inzetten."

Technici scheiden mannelijke en vrouwelijke muglarven in de Braziliaanse productiefaciliteit van Oxitec. © Paulo Freidman

De dreigende vraag voor beide projecten is eenvoudig: verminderen deze ziektebestrijdende muggen daadwerkelijk de ziekte? "Het doel hier is niet om muggen te doden. Het is om te voorkomen dat mensen besmet en ziek worden en sterven", zegt Thomas Scott, een epidemioloog en insectenecoloog aan de Universiteit van Californië, Davis. Tot nu toe is er geen bewijs dat beide benaderingen dat doen. Het lijkt misschien intuïtief dat minder besmettelijke muggen minder infecties betekenen, maar slechts een paar A. aegypti kan voldoende zijn om ziekte via een vatbare populatie over te dragen, zegt Scott.

In juli publiceerde Oxitec cijfers die aantoonden dat dengue-gevallen in CECAP het afgelopen jaar 91% daalden van 133 naar 12. De rest van de gemeente zag slechts 52% minder. Maar Scott merkt op dat dengue-uitbraken episodisch zijn: "Je kunt een epidemie hebben in de ene stad en geen overdracht in de ene naast de deur, en het volgende jaar kan het worden omgedraaid."

Het laatste woord over de werkzaamheid zou afkomstig zijn van proeven die de ziekte in bewoners van buurten monitoren, gerandomiseerd om muggen te ontvangen of als controle fungeren. Deze twee groepen zijn inherent lek, omdat mensen mobiel zijn; dat betekent dat dergelijke onderzoeken groot moeten zijn en duur om zinvol te zijn. In maart achtte een werkgroep van de Wereldgezondheidsorganisatie onder leiding van Scott de strategieën van zowel Oxitec als Eliminate Dengue waardig als "zorgvuldig geplande pilotontwikkeling", maar pleitte voor grote epidemiologische studies.

Eliminate Dengue heeft al een onderzoek naar de werkzaamheid in Yogyakarta, Indonesië, dat ziektecijfers zal volgen in 24 gebieden van ongeveer 14.500 mensen elk, waarvan de helft Wolbachia- muggen zal ontvangen. Een netwerk van klinieken in de stad test continu gedurende 2 jaar op dengue. Een nog groter onderzoek is gepland in Vietnam. Oxitec schakelt ondertussen onafhankelijke experts in voor een voorlopig proefproject voor 2018.

Op de lange termijn kunnen beide soorten gemodificeerde muggen hun voorsprong verliezen, omdat evolutionaire druk kan kiezen voor resistentie tegen het dodelijke gen van Oxitec of tegen de virusbestrijdende krachten van Wolbachia .

Alles wat u in de publieke sector doet, heeft risico's. Maar ik denk nog steeds dat het grootste risico is om mensen te laten sterven zonder hen alternatieven te geven.

Pedro Mello, gezondheidssecretaris van Piracicaba

Zelfs als beide soorten mug 4 Niet elke gemeenschap in Brazilië zal zich waarschijnlijk muggen kunnen veroorloven, wat nieuwe vragen oproept, zegt Fred Gould, een insectengeneticus aan de North Carolina State University in Raleigh. "Er is een hele kwestie van rechtvaardigheid: wie krijgt deze muggen en wie niet? Wie krijgt Zika en wie niet?"

De Fiocruz-faciliteit maakt ongeveer 40.000 met Wolbachia geïnfecteerde muggen per week voor de levering van ongeveer 300 loslaatcontainers, maar een nieuwe faciliteit zal een capaciteit hebben van ongeveer 12 miljoen per week. Eliminate Dengue kon geen schatting maken van de huidige kosten in Brazilië, maar streeft ernaar deze te verlagen tot $ 1 per persoon of minder.

De muggen van Oxitec zijn momenteel duurder. De Piracicaba-uitbreiding kost de stad ongeveer $ 1, 1 miljoen over 2 jaar $ 10 per persoon in het behandelde gebied ongeveer de helft daarvan komt uit het bestaande budget voor muggenbestrijding. Oxitec zelf betaalt zelfs meer dan dat, zegt Slade, maar het is te vroeg om te zeggen hoeveel de muggen zullen kosten als ze op een veel grotere schaal worden grootgebracht. "Alleen als je je mouwen oprolt en een fabriek bouwt, weet je wat je kosten zijn."

Oxitecs plan om de muggen te verkopen voordat het epidemiologische bewijsmateriaal in de problemen komt, is voor sommige wetenschappers in moeilijkheden. "Ze zijn goede verkopers dat is de bottom line", zegt bevolkingsgeneticus Jeffrey Powell van Yale University. "Ze gaan naar buiten en ze praten met de mensen in verschillende landen en zeggen: 'We hebben deze magische kogel.'" En de behoefte aan voortdurende vrijlating van muggen is een ernstig economisch nadeel, voegt moleculair entomoloog Marcelo Jacobs-Lorena van Johns Hopkins University toe in Baltimore, Maryland. "Het is een voorstel voor altijd", zegt hij. "Dat kan goed zijn voor het bedrijf, maar misschien niet zo goed voor de algemene controle-inspanningen."

Voor Slade tonen de dramatische bevolkingsverminderingen al aan dat de aanpak van Oxitec veel beter werkt dan pesticiden, die ook een "voor altijd voorstel" zijn. "Persoonlijk accepteer ik dat niet zonder [een epidemiologisch onderzoek], we hebben geen bewijs dat dit het beste hulpmiddel is", zegt hij.

Leden van de gemeenschap observeren met Wolbachia geïnfecteerde muggen in het Braziliaanse laboratorium van Eliminate Dengue. Peter Ilicciev / Fiocruz

Uiteindelijk zullen er andere alternatieven uitkomen. In het laboratorium van Margareth Capurro in São Paulo staan ​​larven uit nieuwe transgene stammen langs de planken. Ze wedt, net als een handvol andere onderzoekers, op zogenaamde gen-drives, die de overerving van een bepaald gen beïnvloeden om het snel en onomkeerbaar door de bevolking te verspreiden. Capurro werkt aan een gen waardoor muggencellen een door het dengue-virus geproduceerd enzym kunnen herkennen en een zelfvernietigend signaal afgeven.

Dergelijke strategieën zijn misschien moeilijker om goedgekeurd te worden omdat ze een hele wilde populatie transgeen zouden maken. De transgene mannen van Oxitec en hun nakomelingen sterven binnen enkele dagen, wat een lange weg is gegaan om GM-op hun hoede te zijn voor regulatoren, zegt entomoloog Zach Adelman van Texas A&M University, College Station.

Op de lange termijn stellen Adelman en Capurro zich een tijd voor waarin volksgezondheidsafdelingen kunnen winkelen voor een soort ziektebestrijdende mug die voor hen het meest logisch is. Sommigen willen misschien een goedkope optie die bijvoorbeeld geen onbeperkte releases vereist, terwijl bewoners in sommige gebieden zich ongemakkelijk voelen bij het bijten van vrouwtjes. Sommigen willen benaderingen combineren - de populatie neerhalen voordat ze een nieuw gen introduceren. "Je zult een markt hebben in plaats van één spel in de stad, " zegt Adelman.

Piracicaba wil niet wachten op die markt - of zelfs op meer definitief bewijs dat de muggen van Oxitec werken. De eerste stad in Brazilië zijn die voor een experimentele ziektebestrijdende mug betaalde, was een berekend risico, zegt Mello. "Alles wat je doet in de publieke sector heeft risico's, " zegt hij. "Maar ik denk nog steeds dat het grootste risico is om mensen te laten sterven zonder hen alternatieven te geven."

  • Alt-tekst

    Gerelateerd artikel

    Na 40 jaar kan het belangrijkste wapen tegen muggen falen. Hoe zullen we het vervangen?

  • Gerelateerd artikel

    Deze wetenschapper is de ultieme mugmoordenaar