Mosquitos transgénicos

Por Lluis Montoliu, el 23 agosto, 2020. Categoría(s): edición genética • ética • expresión génica • genética • transgénesis ✎ 6
Mosquito tigre (Aedes albopictus), capaz de transmitir el virus del Dengue, Chikungunya, la fiebre amarilla, el virus Zika, el virus del Nilo. Fotografia: ECDC

Este año 2020 lo recordaremos. Por supuesto por la pandemia COVID-19 causada por el coronavirus SARS-CoV-2, pero también por otras zoonosis (enfermedades que se transmiten entre animales, incluidos los seres humanos), como el brote de meningoencefalitis causada por la infección por el Virus del Nilo (West Nile Virus) en Andalucía, que nos recuerdan nuestra fragilidad como especie y los desafíos que la naturaleza nos tiene reservados para que les intentemos poner remedio. Otros retos mundiales para los cuales no tenemos una solución definitiva son la malaria, la infección por el virus Zika, el Dengue, la fiebre amarilla o el virus Chikungunya. ¿Qué tienen en común todas estas enfermedades? Que son transmitidas por insectos, en particular por mosquitos.

Se conocen más de 3.000 especies de mosquitos pero, como nos indica el Centro Europeo de Prevención y Control de Enfermedades (ECDC) son aproximadamente una docena los más preocupantes. De hecho, los mosquitos son los animales más peligrosos en este planeta, responsables de la muerte  de alrededor de 750.000 personas cada año (otras fuentes hablan de 1.000.000 de personas al año), debido a las enfermedades que transmiten. En cualquier caso son muchísimas personas. No es pues sorprendente que existan múltiples estrategias para intentar combatir estos vectores, para eliminar estos mosquitos. Como dice nuestro refranero: muerto el perro se acabó la rabia. Si se consiguiera reducir la población de mosquitos en una determinada región se podría disminuir significativamente las graves enfermedades, frecuentemente mortales, que transmiten.

Solo son las hembras de determinadas especies de mosquitos las que se alimentan de sangre de animales (y de seres humanos). Los machos se alimentan de néctar. Por lo tanto solo son las hembras las que nos pueden picar y transmitir enfermedades.

Estas son las especies de mosquitos más comunes y las enfermedades que transmiten:

Cuatro de las especies más comunes de mosquitos responsables de la transmisión de enfermedades tales como el Dengue, Chikungunya, Zika, fiebre amarilla, el virus del Nilo y la malaria. Fotografías: ECDC
  • Culex pipiens (mosquito común) vive en ambientes urbanos, nativa de Europa. Puede transmitir el virus del Nilo entre aves, y de aves a personas u otros animales. También puede transmitir otros virus (USUV y arbovirus), los gusanos causantes de la dirofilariasis canina y los parásitos plasmodios causantes de la malaria aviar.
  • Aedes aegypti mosquito característico de las regiones tropicales de África, Asia, Australia y América del Sur, que habitó el sur de Europa en siglos pasados, hasta inicialmente desaparecer y volver a establecerse en los últimos años. Este mosquito puede transmitir múltiples patógenos, como el virus del Dengue, el virus Chikungunya, el virus de la fiebre amarilla, el virus Zika y también el virus del Nilo, entre otros. Se considera que esta especie es el principal vector del virus del Dengue y Chikungunya.
  • Aedes albopictus (mosquito tigre) este es un mosquito originario de los trópicos del sudeste asiático pero actualmente extendido por todo el mundo, incluidos los países del sur y centro de Europa. Su nombre común deriva de los colores alternantes blanco y negro de su abdomen, que hacen que sea fácil reconocerlo. Este mosquito puede transmitir el virus del Dengue, Chikungunya, la fiebre amarilla, el virus Zika, el virus del Nilo y muchos otros arbovirus, y los gusanos causantes de la dirofilariasis canina.
  • Anopheles sp. Son varias las especies de este género de mosquitos, distribuidas por las zonas tropicales pero expandidas a otras zonas limítrofes, cuya principal característica es ser los principales vectores transmisores de la malaria, causada por diferentes especies del parásito protozoo Plasmodium sp. Las especies de este mosquito implicadas en la transmisión de la malaria son del llamado grupo complejo Anopheles maculipennis que incluye a Anopheles atroparvus y Anopheles labranchiae, y tambien son transmisoras de malaria las especies Anopheles plumbeus, Anopheles sacharovi entre otras.

De la lista anterior se deduce que no hay una sola especie de mosquito que transmita la malaria, son muchas las que pueden transmitir el plasmodio, lo cual complica adicionalmente la lucha contra esta enfermedad, en la que estrategias en apariencia muy simples (telas mosquiteras rociadas con insecticidas) han tenido una eficacia considerable. Pero sí que hay una sola especie de mosquito que es capaz de transmitir la mayoría de enfermedades infecciosas, como las causadas por el virus del Dengue, el virus de la fiebre amarilla, el virus Chikungunya, el virus Zika y el virus del Nilo. Esta especie es Aedes aegypti, y por ello la mayoría de nuevas estrategias innovadoras (como la generación de mosquitos transgénicos) se han concentrado en esta especie, la cual se considera la principal causante de la distribución del virus del Dengue y Chikungunya, enfermedades graves presentes en muchos países asiáticos, africanos y, especialmente, centro y sudamericanos, principalmente Brasil.

La modificación genética del mosquito Aedes aegypti ha sido investigada por diversos grupos desde hace más de 20 años, con objeto de desarrollar estrategias de control de esta plaga, que interfieran con el ciclo de vida de estos mosquitos, para que repercutan en un mayor control de las enfermedades transmitidas. Con aproximaciones más específicas y eficaces que la dispersión masiva y la compleja producción de machos de mosquitos estérilizados por irradiación (SIT), como se ha venido haciendo desde hace 60 años. Hay casi doscientas publicaciones científicas sobre mosquitos transgénicos de la especie Aedes aegypti. Los primeros éxitos se consiguieron en 1998, con la transformación estable de estos mosquitos gracias a transposones (elementos móviles del genoma) de las familias Hermes y Mariner.

El verdadero éxito, el impulso definitivo para la generación de mosquitos transgénicos de la especie Aedes aegypti vino cuando se describió el sistema de control de la expresión génica por tetraciclina, inventado por Manfred Gossen y Hermann Bujard en 1992, del cual hablé en un artículo anterior en este blog. Esta estrategia de inducción (y represión) génica permitía desarrollar propuestas que eliminaran selectivamente al mosquito en momentos determinados de su ciclo de vida, por ejemplo impidiendo su procreación o interfiriendo con el desarrollo de los embriones y las larvas. A este conjunto de estrategias se las denomina RIDL, del acrónimo inglés Release of Insects carrying a Dominant Lethal (suelta de insectos portadores de un letal dominante).

La estrategia RIDL se propuso por vez primera en 2002 por unos investigadores británicos del departamento de Zoología de la Universidad de Oxford, usando otro insecto, la mosca de la fruta o del vinagre, Drosophila melanogaster. Plantearon dos variantes, con un transgén con un promotor específico de sexo, o con un promotor ubicuo, que dirigiera la expresión de un factor represor inducible, que requiera un inductor fácilmente administrable en condiciones de laboratorio pero prácticamente imposible de encontrar en la naturaleza. Y aquí entraba en juego el sistema de control por el antibiótico tetraciclina de Bujard.

Esquema que ilustra la estrategia RIDL para controlar la letalidad de una modificación genética en mosquitos transgénicos mediante el sistema de la tetraciclina. En presencia del antibiótico, en el laboratorio (izquierda) (tetraciclina: Tet) el complejo transactivador (tTA) es incapaz de unirse a los elementos de respuesta a tetraciclina (TRE) e incapaz de promover la expresión propia a través de un promotor (que puede ser ubicuo o específico de sexo). En ausencia del antibiótico (derecha) el transactivador tTA se une a TRE y promueve la expresión propia, lo cual acaba colapsando la expresión de muchos otros genes, produce una catástrofe transcripcional y la muerte del mosquito. Esquema realizado por Lluís Montoliu.

Tras constatar en 2002 que la estrategia de control RIDL basada en el sistema de control de la expresión génica por tetraciclina funcionaba en la mosca de la fruta el mismo equipo de investigadores lo trasladó al mosquito Aedes aegypti, por su evidente potencial para controlar enfermedades graves que transmitía. El mosquito transgénico se generó en 2002, pero los resultados científicos no se publicaron hasta 2007, probablemente relacionado con el hecho de que los investigadores promovieron la fundación de una empresa, Oxitec, nacida en 2002, en colaboración con la Universidad de Oxford, que se ha convertido en líder del sector de producción de mosquitos transgénicos.

¿Cómo funciona la estrategia de control de la tetraciclina para controlar las poblaciones de Aedes aegypti? En primer lugar los investigadores diseñaron un transgén que expresaba su propio regulador positivo, creando de facto un bucle de retroalimentación que, una vez encendido, provocaba la expresión masiva y progresivamente aumentada de la proteína codificada. Y esta proteína codificada no era otra que la tTA, la proteína de fusión de Bujard, que convertía el TetR (el represor del operón de la tetraciclina) en un activador transcripcional, gracias a la adición del dominio de activación de la proteína viral 16 (VP16) del virus del herpes simple humano (HSV). En el laboratorio, en condiciones experimentales, se pueden mantener los mosquitos (machos) con una dieta que contiene el antibiótico (la tetraciclina, o su análogo doxiciclina), por lo que la proteína tTA no puede unirse a TRE (elemento de respuesta a la tetraciclina) y no puede promover la expresión de más tTA. El mosquito transgénico macho vive tranquilamente en el laboratorio consumiendo el antibiótico, que mantiene el transgén apagado. Se trata de un diseño TET-OFF.

¿Qué sucede cuando el mosquito transgénico se suelta en la naturaleza? Entonces ya no tiene tetraciclina como aditivo en su alimentación y, por ello, la proteína tTA, en ausencia del antibiótico, se pega al elemento TRE y promueve la expresión de más tTA, que, a su vez, se vuelve a pegar a TRE y promueve la expresión de más proteína tTA, en un bucle retroalimentado infinito que lleva a saturar las células del mosquito que acaban repletas de proteína tTA, lo cual acaba colapsando la transcripción de otros muchos genes, de forma inespecífica (probablemente debido a la interacción de otros factores transcripcionales con el exceso de dominio VP16 producido), que dejan de expresarse, y esta catástrofe transcripcional lleva a la muerte del individuo.

Estructura del transposón L513 que Phuc y colaboradores usaron en 2002 para generar un mosquito Aedes aegypti transgénico, portador del transgén OX513A. Figura 2 de la publicación Phuc et al. BMC Biology (2007) 5,11.

En realidad el primer transgén que usaron en Oxitec era un poco más complejo que el esquema anterior y lo muestro en esta figura, tomada de la publicación de Phuc et al. en BMC Biology (2007). Los investigadores usaron un transposón piggyBac, derivado de una polilla, para insertar el transgén en el genoma del mosquito Aedes aegypti. El transgén contenía el elemento RIDL de control de la expresión de la unidad letal, que en este caso estaba formado por un TRE (con siete copias del operador tetO), unido a un promotor mínimo de expresión ubicua (hsp70), dirigiendo la expresión del gen tTAV, que era una variante de tTA con la región codificante optimizada para la transcripción en insectos, descrita en un artículo anterior, en 2005. Adicionalmente, añadieron una «etiqueta para marcar» los mosquitos transgénicos, una segunda unidad transcripcional que expresaba el gen DsRed2, que genera una fluorescencia rojo-amarillenta, bajo el control del promotor del gen Act5c, de expresión igualmente universal. De esta manera aquellos mosquitos que al ser iluminados con luz verde brillaban con un color rojo-amarillento fluorescente eran los mosquitos transgénicos. Analizaron diferentes líneas de mosquitos transgénicos y finalmente seleccionaron la línea OX513A, que fue la que decidieron seguir investigando y eventualmente liberar en la naturaleza para el control de poblaciones naturales de Aedes aegypti.

Los investigadores de Oxitex seleccionaron y produjeron grandes cantidades (millones) de mosquitos Aedes aegypti machos y homocigotos para este transgén, es decir, con dos copias del mismo. La selección (manual, mediante un procedimiento mecánico, propietario de OXITEC) de machos sobre hembras tenía una eficacia del 99,8% (es decir, existe la posibilidad de que se seleccionen hembras transgénicas hasta un porcentaje máximo del 0.2%). En esta línea OX513A los mosquitos machos morían al poco tiempo de ser liberados, pero con tiempo suficiente para fertilizar a las hembras. Los embriones resultantes, machos o hembras, que habrían heredado una de las copias del transgén del padre, morían masivamente (96-97%) alrededor del estadio de transición de larva a pupa, por lo que ya no nacían más mosquitos. O, siendo exactos, apenas nacían un 3-4% de los que podrían haber nacido. Lógicamente, esta es una estrategia que exige el aporte constante de machos transgénicos a la zona que se desea tratar, pues los mosquitos transgénicos mueren mayoritariamente.

Primera generación de mosquitos transgénicos producidos por OXITEC. Transgén OX513A. Los machos transgénicos (rojos), homocigotos para el transgén, mueren al poco de ser liberados, pero con tiempo suficiente para procrear con hembras silvestres no transgénicas (negras). Sin embargo, los potenciales hijos, machos y hembras, mueren masivamente al activarse el sistema tTAV. Los mosquitos transgénicos liberados se extinguen por si mismos. Esquema realizado por Lluís Montoliu.

Oxitec solicitó inicialmente a la FDA la autorización para iniciar unos test de campo en Florida (EEUU). En la página específica de la FDA hay disponible mucha información sobre este transgén OX513A de primera generación, que incluye el informe que determina que estos mosquitos no generan un impacto significativo sobre los seres humanos, sobre el medio ambiente, sobre otras especies relacionadas de mosquitos o sobre predadores, más allá del que generan los propios mosquitos no transgénicos de la misma especie. Finalmente, la jurisdicción y decisión sobre la posible liberación de estos mosquitos transgénicos recayó sobre la EPA (la Agencia de Protección del Medio Ambiente en EEUU).

Otros estudios comprobaron que los mosquitos transgénicos OX513A vuelan un 38% menos de distancia, en experimentos realizados en el laboratorio y también en experimentos realizados en campo abierto en Malasia y quizá su comportamiento/rendimiento en condiciones de laboratorio sea algo inferior, comparado con los mosquitos silvestres, pero la expectativa de vida fue similar (alrededor de 2 días tanto para los mosquitos silvestres como los transgénicos) así como la aptitud biológica (fitness). Tampoco parece que la liberación de mosquitos transgénicos OX513A afecte a otras especies de mosquitos, como Aedes albopictus. El estudio de suelta y recaptura en campo abierto en Malasia, alejado de cualquier núcleo urbano, también permitió analizar la respuesta de la población a este experimento y resaltar la necesidad de aplicar criterios de transparencia y campañas de información en las poblaciones involucradas antes de realizar la liberación de estos mosquitos transgénicos. Estudios similares de posibles riesgos y de percepción de la población sobre estas tecnologías también se llevaron a cabo en Brasil

Con estos mosquitos se han realizado ensayos en la naturaleza en Brasil, en Panamá y en las Islas Cayman. La liberación de mosquitos transgénicos OX513A en las Islas Cayman en 2010 (3,3 millones de mosquitos machos transgénicos OX513A Aedes aegypti durante 23 semanas) redujo la población nativa de Aedes aegypti en un 80%. En Brasil, la reducción obtenida fue del 85-95%, según diferentes sistemas de análisis.

Sobre el experimento realizado en Brasil se publicó en 2019 un artículo en Scientific Reports que tras analizar los mosquitos locales, antes y 6, 12 y 30 meses después de la liberar mosquitos transgénicos, decían haber detectado la transferencia de algunos segmentos del genoma de la especie Aedes aegypti de mosquitos transgénicos OX513A (que se habían obtenido a partir de variedades locales de México y de Cuba) en individuos de la población local de Aedes aegypti (Jacobina), que serían por lo tanto híbridos entre los individuos transgénicos y la población local de mosquitos. La publicación de estos resultados, cuyo posible impacto en el medio ambiente se desconoce, generó un gran revuelo y catapultó una contundente respuesta por parte de Oxitec. Entre otros muchos detalles, esta respuesta resaltaba lo obvio: no se había detectado ningún efecto medioambiental que pudiera relacionarse con la existencia de tales individuos híbridos. Tildaba los resultados de especulativos y aportaba sus propios estudios de campo que confirmaban que los mosquitos transgénicos (y el propio transgén) desaparecían del medio ambiente. La supervivencia de un 3-5% de los individuos transgénicos (que ya había documentado Oxitec) no era óbice para esperar que la mortalidad seguiría aplicando en adultos y en la siguiente generación a niveles de 95% por lo menos, por lo que la presencia residual de individuos transgénicos progresivamente desaparecería.

Probablemente motivada por la existencia de estos posibles escapes de algunos individuos de la primera generación de mosquitos transgénicos la empresa Oxitec generó una segunda generación de mosquitos transgénicos, denominada OX5034 para la cual ya solicitó a la EPA autorización para liberar estos nuevos mosquitos en Florida y en Texas (EEUU). Esta autorización fue emitida por la EPA el 30 de abril de 2020.

La probable próxima liberación de estos mosquitos transgénicos en EEUU, retrasada durante al menos una década, ha ido asociada a polémicas y críticas suscitadas por grupos contrarios al uso de animales transgénicos, temerosos que puedan causar daños irreversibles al medio ambiente. Sin embargo, en junio de 2020 la empresa recibió la aprobación por parte de la EPA y también del Estado de Florida, 18 años después de haber fundado la empresa. Este acuerdo se ha hecho efectivo el pasado 19 de agosto de 2020.

Segunda generación de mosquitos transgénicos Aedes aegypti producidos por OXITEC. Transgen OX5034. La diferencia principal es que el transactivador (tTAV) no actúa sobre un promotor mínimo ubícuo sino sobre un promotor que solamente funciona en las hembras. Esquema realizado por Lluís Montoliu.

No conocemos los detalles exactos de este segundo transgén OX5034, todavía, solamente lo que ha publicado la EPA y una presentación sucinta aportada por la empresa Oxitec. Sin embargo sirven para hacerse una idea de la estrategia que han usado, probablemente similar a estrategias anteriores, específicas de sexo, ya exploradas por los mismos investigadores. En esencia si comparamos los diseños de los transgenes de la primera (OX513A) y la segunda generación (OX5034) la principal diferencia es que el promotor mínimo ubicuo del gen hsp70 es substituido por un promotor específico de hembras (solo funciona en hembras, no funciona en machos). Siendo así, da igual que la proteína transactivadora tTAV esté permanentemente unida al TRE en machos, puesto que será incapaz de promover la expresión de su propio gen para iniciar el bucle de retroalimentación positiva que lleva a la catástrofe transcipcional. Por el contrario, en hembras, sí que el promotor específico permitirá la expresión, instaurándose el bucle y provocando la muerte de la hembra. Adicionalmente, en esta segunda generación, la selección de sexo no hay que hacerla ni manualmente ni mecánicamente, sino que se hace por criterios genéticos (el promotor impide que crezcan hembras en el laboratorio). Así pues los individuos que se producen y se liberan son 100% machos. Y, estos no hay que crecerlos con antibiótico, que ya no es necesario. Por lo que resulta una estrategia más limpia. Parece que también han cambiado el promotor del gen marcador fluorescente DsRed2 para que sea más brillante y permita detectar los individuos transgénicos durante cualquiera de los estadios de desarrollo del mosquito. Finalmente, es posible con este transgén distribuir huevos de estos mosquitos, en lugar de adultos, pues solo nacen los machos, los únicos que pueden sobrevivir a este transgén. Las hembras mueren en el estadio larvario.

Segunda generación de mosquitos transgénicos producidos por OXITEC. Transgén OX5034. Los machos transgénicos (rojos), homocigotos para el transgén, no mueren y pueden cruzarse normalmente con las hembras silvestres no transgénicas (negras). Todos los individuos de la primera generación heredan una copia del transgén, hembras y machos, pero solamente las hembras, el 100%, mueren. Los hijos machos transgénicos (ahora con solo una copia del transgén) pueden volver a cruzarse con hembras silvestres y ahora, en su descendencia, la mitad de los machos seguirá siendo transgénicos y podrán seguir transmitiendo el transgén, y la mitad de las hembras morirá.  Y así sucesivamente hasta que paulatinamente se diluye el transgén en la población hasta extinguirse aproximadamente en 10 generaciones. Esquema realizado por Lluís Montoliu.

Como bonus adicional a esta estrategia de la segunda generación de mosquitos transgénicos, la cepa sobre la que se ha incluido el transgén es producto del cruce de múltiples variantes locales de la misma especie con objeto de que retenga el mayor número posible de genes susceptibles de ser sensibles a los insecticidas. En otras palabras, la introducción de los mosquitos transgénicos también ayuda a reintroducir genes de susceptibilidad a insecticidas en poblaciones locales, y a eliminar las correspondientes variantes de resistencia a los insecticidas. Ya se hicieron los test de campo en Brasil durante 2018 con esta segunda generación de mosquitos Aedes aegypti transgénicos, con resultados satisfactorios, según la empresa, en la documentación remitida a la EPA, aunque todavía no han sido publicados.

La Fundación Bill y Melinda Gates ha decidido invertir (julio 2018) en esta nueva generación de transgenes OXITEC, con más de 4 millones de USD, con objeto de que la compañía traslade estos transgenes a otras dos especies de mosquitos del género Anopheles sp, Anopheles albimanus y Anopheles stephensique, que son transmisores de la malaria en Asia y centro-américa, y también en África.

No es posible predecir si con esta segunda generación de mosquitos transgénicos Aedes aegypti, vector principal para la transmisión del Dengue y el Zika en amplias áreas del mundo, va a lograrse el efecto deseado, esto es, una reducción significativa en el número de infecciones causadas por estos virus. Hay que hacer los ensayos en la naturaleza, en condiciones reales. La empresa Oxitec tiene puestas muchas esperanzas en estos ensayos. La avalan 18 años de investigación y un centenar de publicaciones científicas evaluando múltiples parámetros alrededor de estos mosquitos transgénicos. Será importante perseverar en las campañas de información y de transparencia con las poblaciones locales, será importante investigar y garantizar, hasta donde sea científicamente posible y razonable, que estas intervenciones en la naturaleza no supondrán una alteración del medio ambiente ni tendrán un impacto significativo, más allá del que ya tienen las poblaciones de estos mosquitos transgénicos, como así han constatado la FDA y la EPA para los mosquitos actuales.

Naturalmente seguirán existiendo grupos de presión contrarios al desarrollo de estas tecnologías, opuestos a la liberación de estos mosquitos transgénicos, para (en su opinión) proteger el medio ambiente de peligros derivados de estas intervenciones, supuestos peligros para los que no existen evidencias científicas en los más de 10 años de pruebas de campo realizadas. Estas batallas y argumentos suenan demasiado familiares, son muy similares al tortuoso camino que tuvieron que recorrer los salmones transgénicos antes de poder ser aprobados.

En estos temas siempre recuerdo un comentario en una reunión internacional sobre estos temas, de un dirigente e investigador de un país centroafricano, asolado por todas las enfermedades transmitidas por estos mosquitos, principalmente malaria, que, tras oír varias intervenciones contrarias al desarrollo y liberación de mosquitos transgénicos comentó que era muy fácil opinar desde el primer mundo sobre la posible alteración del medio ambiente en su país, sobre si se resentirán otras especies de mosquitos. Y añadió que en su país seguían muriendo miles de personas anualmente de malaria, de Dengue, de Zika, de Chikungunya, etc… enfermedades para las que no tenemos tratamientos efectivos. Acabó pidiéndonos que entendiéramos que su obligación moral era la de explorar cualquier nueva estrategia que pudiera servir para reducir el gran número de personas fallecidas en su país, cada año, sin que pudieran hacer nada. Y se hizo el silencio en la sala tras esta intervención.

También existen nuevas estrategias de generación de mosquitos editados genéticamente con CRISPR, llamadas de impulso génico (gene drive) que pretenden igualmente regular las poblaciones naturales de mosquitos. Estas estrategias alternativas serán objeto de otro futuro artículo en este blog.

 



6 Comentarios

    1. Aquí, lo preocupante es, que tanta ética se pone en esta GEN-ETICA….
      Y quiénes están involucrados en estos proyectos….los más adinerados, que les interesa reducir la población mundial?…
      Ojalá que no….

  1. Muy buen artículo.
    Espero que se normalice la utilización de mosquitos transgénicos para salvar vidas humanas. Ya no se debería dudar mucho en liberarlos masivamente.

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