Biến đổi gene khiến muỗi không trông thấy người

Sử dụng kỹ thuật biến đổi gene Crispr, các nhà khoa học khiến muỗi vằn không nhìn thấy vật chủ là con người, do đó không thể hút máu và gây bệnh.

Muỗi vằn sử dụng nhiều giác quan để tìm nguồn máu. Ảnh: Konstantin Nechaev/Alamy

Lần đầu tiên các nhà khoa học sử dụng công cụ chỉnh sửa gene Crispr-Cas9 để làm con người trở nên vô hình trong mắt muỗi vằn (Aedes aegypti), theo nghiên cứu công bố trên tạp chí Current Biology. Bằng cách loại bỏ hai thụ thể cảm nhận ánh sáng của loài muỗi này, các nhà nghiên cứu vô hiệu hóa khả năng nhắm vào vật chủ thông qua thị giác của chúng.

Muỗi vằn là vật gây tai họa cho người dân trên khắp thế giới. Trong quá trình hút máu để đẻ trứng, muỗi cái khiến hàng triệu người nhiễm virus gây bệnh sốt xuất huyết, sốt vàng và Zika. Càng hiểu rõ cách chúng phát hiện mục tiêu, chúng ta sẽ càng kiểm soát tốt hơn quần thể muỗi theo hướng thân thiện với môi trường hơn, theo Yinpeng Zhan, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ ở Đại học California, Santa Barbara.

Mỗi Anopheles gây bệnh sốt rét kiếm ăn vào ban đêm trong khi muỗi vằn săn mồi ban ngày, chủ yếu vào sáng sớm và tối muộn. Chúng sử dụng hàng loạt giác quan để tìm kiếm thức ăn. Một luồng carbon dioxide do người hoặc vật nào đó thở ra cũng thu hút muỗi vằn bay tới. Chúng cũng có thể phát hiện bằng chứng hữu cơ từ da người như nhiệt, độ ẩm và mùi hôi, theo Craig Montell, nhà sinh vật học thần kinh ở Đại học California, Santa Barbara, đồng tác giả nghiên cứu. Nhưng nếu không có vật chủ phù hợp, con muỗi sẽ bay thẳng tới mục tiêu gần nhất là chấm đen.

Năm 1937, các nhà khoa học quan sát muỗi vằn bị thu hút đặc biệt bởi những người mặc quần áo sẫm màu. Nhưng cơ chế phân tử mà chúng dùng để phát hiện mục tiêu qua thị giác hầu như chưa được hiểu rõ. Nhiều thí nghiệm về thị lực của muỗi diễn ra trong đường hầm gió, buồng lớn có chi phí hàng chục nghìn USD. Trong những thí nghiệm trước đây, muỗi đặt trong đường hầm gió với luồng khí carbon dioxide chọn bay về phía điểm sẫm màu thay vì điểm màu trắng.

Phòng thí nghiệm của Montell không có đường hầm gió, vì vậy Zhan thiết kế một chiếc lồng có vòng màu đen và vòng màu trắng ở bên trong với chi phí chưa tới 100 USD và thu được kết quả tương tự như trong đường hầm gió. Vào mùa xuân năm 2019, Zhan tiến hành thí nghiệm phát hiện mục tiêu trong lồng. Mùa thu cùng năm, Jeff Riffell, nhà sinh vật học ở Đại học Washington cùng sinh viên cao học Claire Rusch và nghiên cứu sinh sau tiến sĩ Diego Alonso San Alberto, tiến hành thí nghiệm tương tự trong đường hầm gió để kiểm tra lại kết quả ban đầu.

Montell và Zhan nghi ngờ một trong 5 protein cảm thụ ánh sáng ở mắt muỗi có thể là chìa khóa để vô hiệu hóa khả năng phát hiện vật chủ thông qua màu tối của muỗi. Đầu tiên, họ quyết định tắt protein rhodopsin Op1. Op1, protein thị giác phổ biến nhất ở mắt kép của muỗi, dường như là lựa chọn tốt nhất để can thiệp vào thị giác của chúng. Zhan đưa đột biến vào hàng nghìn quả trứng muỗi, sử dụng dụng cụ đặc biệt với đầu kim cực nhỏ. Sau khi trứng muỗi phát triển thành muỗi trưởng thành, Zhan hút 10 con cái vào ống, sử dụng máy hút kiểm soát bằng miệng.

Đột biến Op1 hoạt động chính xác như ở muỗi vằn hoang dã. Sau khi tiếp xúc carbon dioxide, chúng bay thẳng tới chấm đen trong lồng. Montell và Zhan thử lại, lần này họ tắt một protein rhodopsin khác là Op2. Đột biến ở Op2 không có tác dụng làm giảm thị lực. Nhưng khi nhóm nghiên cứu tắt cả hai protein, những con muỗi vo ve vô định, không thể chọn giữa vòng màu trắng và màu đen. Chúng mất khả năng tìm kiếm vật chủ màu tối.

Montell và Zhan tiến hành một loạt thí nghiệm để quan sát muỗi mang đột biến kép phản ứng như thế nào đối với ánh sáng. Đầu tiên, họ kiểm tra liệu muỗi đột biến có di chuyển về phía ánh sáng hay không. Tiếp theo, họ nối điện cực với mắt muỗi để đo xem mắt chúng có thể hiện sự thay đổi điện thế khi phản ứng với ánh sáng. Cuối cùng, họ đặt muỗi mamg đột biến kép trong trục xoay tròn với các sọc màu đen và trắng để xem liệu chúng có bay theo vạch sọc đang di chuyển không. Những con muỗi mang hai đột biến vượt qua cả 3 kiểm tra dù phản ứng yếu hơn muỗi hoang dã trong hai vòng kiểm tra cuối. Điều đó chứng tỏ chúng không bị mù.

Nghiên cứu mới có nhiều ý nghĩa với biện pháp kiểm soát số lượng muỗi trong tương lai. Nếu muỗi cái không thể trông thấy vật chủ, chúng sẽ gặp khó khăn hơn trong việc tìm kiếm máu cần thiết để trứng phát triển. Quần thể muỗi sẽ sụp đổ, theo Montell.

An Khang (Theo New York Times)