Tác động của gen muỗi Anopheles trên sự loại trừ bệnh sốt rét theo mô phỏng tính toán xét theo không gian và thời gian

Nguồn: Philip A. Eckhoff, Edward A. Wenger, H. Charles J. Godfray, and Austin Burt. 2017. Impact of mosquito gene drive on malaria elimination in a computational model with explicit spatial and temporal dynamics, PNAS January 3 2017; vol. 114; no.2: E255–E264

Ý NGHĨA KHOA HỌC DI TRUYỀN QUẦN THỂ

Muỗi có khả năng rất lớn điều chỉnh gen giúp làm giảm bệnh sốt rét, và nhiều cách tiếp cận điều chỉnh gen như vậy vừa được người ta chứng minh rằng đó là phương pháp đầy triển vọng trong phòng thí nghiệm. Những phương pháp ấy bao gồm sự ức chế quần thể muỗi thông ra gây xáo trộn sự thụ tinh, thao tác trên nhiễm sắc thể Y, và thay quần thể với những gen có khả năng hạn chế được sự truyền bệnh sốt rét. Mô phỏng toán học được người ta áp dụng để đánh giá phương pháp tiếp cận này thông qua mô phỏng các số liệu thu thập trên từng lĩnh vực có tính chất theo thời gian đối lập với các thông số cơ sở lý thuyết; rồi hình thành nên chiến lược phòngt bệnh. Biến thiên của thông số trong mô phỏng toán học phản ánh dịch tể học của vùng cận Sahara, Châu Phi. Nó cho thấy một khả năng rất to lớn đối với kiến trúc của “gene drive” (điều tiết gen) để tạo ra những công cụ mang tính chất thay đổi hình dạng (transformational tools)của quần thể muỗi nhằm tạo điều kiện tối ưu, sao cho bệnh sốt rét giảm, ngay cả trong điều kiện có tính thách thức cao nhất. Phân tích trong nghiên cứu này cung cấp những kiến thức giúp người ta hiểu đặc điểm cần thiết cho từng cách tiếp cận đảm bảo sự thành công.

TÓM TẮT

Người ta cố gắng làm thế nào giảm đi sự phát triển của bệnh sốt rét và luôn đặt ra câu hỏi: những công cụ gì kết hợp được với nhau đủ cho xây dựng nên một mô phỏng trong quả lý bệnh này; công cụ gì là mới cần phải phát triển. Muỗi gây bệnh sốt rét có khả năng điều chỉnh gen hình thành một nền tảng di truyền thành những công cụ rất triển vọng, với nhiều cách tiếp cận khác nhau trong đó sự thay đổi quần thể muỗi có những gen du nhập vào giảm sự truyền bệnh sốt rét, điều tiết nhiễm sắc thể Y để làm xáo trộn một quần thể muỗi nào đó. Rồi gây xáo trộn sự điều tiết gen có chức năng thụ tinh, làm cho quần thể ấy bị sụp đổ hay bị ức chế. Mỗi một phương pháp tiếp cận này đều có những thành công nhất định và tạo thuận lợi trong điều kiện ở trong phòng thí nghiệm, tạo nên nhu cầu muốn biết rõ làm thế nào mỗi phương pháp ấy có thể có thể ứng dụng trong thực tiễn và tác động của nó ra sao. Những kết quả phân tích mới đây rất cần trong những mô phỏng toán học về di truyền quần thể xét theo không gian và thời gian. Các tác giả của nghiên cứu này đã sử dụng mô phỏng có tính chất toán học, cơ học, hàm số không gian, để đưa từng gen có thể điều tiết trong từng cá thể của quần thể đang sống ở vùng cận Sahara, Châu Phi. Mỗi phương pháp thể hiện cho một vùng rộng lớn về kiến trúc gen theo không gian với sự giảm hiện tượng truyền bệnh sốt rét rất thành công nhờ các loài vector có chủ đích. Sự du nhập theo từng thời gian cụ thể  của quần thể vector ấy có động thái biến thiên tạo ra cơ hội thuận tiện cho sự điều chỉnh gen thành công khi so sánh với phân tích phi thời gian. Mô phỏng theo không gian làm rõ các mâu thuẫn theo thời gian, có tần suất, và có mật độ trong không gian với những thách thức lớn nhất để có kết quả thành công theo kế hoạch. Trong những không gian thành công của nó, mỗi gen điều chỉnh phương pháp riêng tạo nên một công cụ làm giảm bệnh sốt rét, không giống như kết quả trước đây. Biết được các rào cản được cung cấp trong mô phỏng, sẽ giúp cho quản lý thành công, mỗi phương pháp có hiệu quả cao làm làm giảm được khả năng truyền bệnh, giảm khả năng sinh đẻ của quần thể muỗi.

Xem: http://www.pnas.org/content/114/2/E255.abstract.html?etoc

Hình 1.

Giới thiệu sự điểu chỉnh của “dual-germline homing gene” trong mô phỏng toán tại Namawala, Tanzania, vào thập niên 1990s, với mức độ sinh sản của muỗi suy giảm. Màu đỏ phản ánh sự sụp đổ của quần thể vector; màu vàng, sự biến mất của quần thể muỗi nguyên thủy (wild-type); màu xanh lá cây, sự biến mất của cấu trúc gen điều chỉnh; màu đen, đồng xuất hiện của “wild type” và cấu trúc gen mới sau tám năm

GS. BÙI CHÍ BỬU  lược dịch