Walka z chorobami zakaźnymi to wyścig z ewolucją. Bakterie uodporniają się na antybiotyki, a wirusy nieustannie ewoluują, aby rozprzestrzeniać się szybciej. Choroby przenoszone przez owady stanowią kolejne pole bitwy ewolucyjnej: same owady uodporniają się na trucizny, których ludzie używają do ich zabijania.
W szczególności malaria przenoszona przez komary zabija ponad 600 000 osób rocznie. Od II wojny światowejinsektycydy—broń chemiczna zaprojektowana w celu zabijania komarów Anopheles zakażonych pasożytem wywołującym malarię—jest wykorzystywana w walce z malarią.
Jednak komary szybko opracowują strategie pozwalające im na ich wykorzystanie.insektycydy nieskuteczne, narażając miliony ludzi na zwiększone ryzyko śmiertelnych infekcji. Moje niedawno opublikowane badanie, przeprowadzone z kolegami, wyjaśnia dlaczego.
Jako genetyk ewolucyjny badam dobór naturalny – podstawę ewolucji adaptacyjnej. Zmienności genetyczne, które są najbardziej korzystne dla przetrwania, zastępują te niekorzystne, prowadząc do zmian gatunkowych. Zdolności ewolucyjne komara Anopheles są doprawdy zdumiewające.
W połowie lat 90. XX wieku większość komarów z rodzaju Anopheles w Afryce była podatna na insektycydy pyretroidowe, pierwotnie pozyskiwane z chryzantem. Zwalczanie komarów opierało się głównie na dwóch metodach opartych na pyretroidach: moskitierach nasączonych insektycydami, chroniących śpiące komary, oraz opryskach insektycydami resztkowymi na ścianach budynków. Tylko te dwie metody prawdopodobnie zapobiegły ponad 500 milionom przypadków malarii w latach 2000–2015.
Jednak komary od Ghany po Malawi często rozwijają obecnie odporność na pestycydy w stężeniach 10-krotnie wyższych niż poprzednio śmiertelna dawka. Oprócz działań mających na celu zwalczanie komarów Anopheles, działalność rolnicza może nieumyślnie narazić komary na działanie insektycydów pyretroidowych, co dodatkowo nasila ich odporność.
W niektórych rejonach Afryki komary z rodzaju Anopheles wykształciły odporność na cztery klasy insektycydów stosowanych w zwalczaniu malarii.
Komary z rodzaju Anopheles i pasożyty malarii występują również poza Afryką, gdzie badania nad opornością na pestycydy są mniej powszechne.
W dużej części Ameryki Południowej głównym wektorem malarii jest komar Anopheles darlingi. Komar ten jest tak odmienny od wektorów malarii w Afryce, że może należeć do innego rodzaju – Nyssorhynchus. Wraz z kolegami z ośmiu krajów przeanalizowałem genomy ponad 1000 komarów Anopheles darlingi, aby zrozumieć ich różnorodność genetyczną, w tym wszelkie zmiany spowodowane niedawną działalnością człowieka. Moi koledzy zebrali te komary z 16 lokalizacji na rozległym terytorium rozciągającym się od atlantyckiego wybrzeża Brazylii po pacyficzne wybrzeże Andów w Kolumbii.
Odkryliśmy, że podobnie jak jego afrykańscy krewniacy, *Anopheles darlingi* charakteryzuje się niezwykle wysoką różnorodnością genetyczną – ponad 20 razy większą niż u ludzi – co wskazuje na bardzo liczną populację. Gatunki z tak dużą pulą genów są dobrze przystosowane do adaptacji do nowych wyzwań. Gdy populacja jest tak duża, prawdopodobieństwo pojawienia się odpowiednich mutacji, które zapewnią pożądaną przewagę, wzrasta. Gdy mutacja zacznie się rozprzestrzeniać, dzięki przewadze liczebnej, nawet przypadkowa śmierć kilku komarów nie doprowadzi do całkowitego wyginięcia gatunku.
Natomiast orzeł bielik, pochodzący ze Stanów Zjednoczonych, nigdy nie uodpornił się na insektycyd DDT i ostatecznie stanął w obliczu wyginięcia. Wydajność ewolucyjna milionów owadów znacznie przewyższa wydajność zaledwie kilku tysięcy ptaków. W rzeczywistości, w ciągu ostatnich kilku dekad obserwowaliśmy oznaki adaptacyjnej ewolucji w genach związanych z lekoopornością u komarów Anopheles darlingi.
Pyretroidy i DDT, obok innych insektycydów, działają na ten sam cel molekularny: kanały jonowe, które mogą się otwierać i zamykać w komórkach nerwowych. Gdy kanały te są otwarte, komórki nerwowe stymulują inne komórki. Insektycydy zmuszają te kanały do pozostania otwartymi i kontynuowania przekazywania impulsów, co prowadzi do paraliżu i śmierci owadów. Jednak owady mogą wykształcić oporność, zmieniając kształt samych kanałów.
Wcześniejsze badania genetyczne przeprowadzone przez innych naukowców, jak również nasze, nie wykazały tego typu oporności u Anopheles darlingi. Odkryliśmy natomiast, że oporność rozwija się w inny sposób: poprzez zestaw genów kodujących enzymy rozkładające związki toksyczne. Wysoka aktywność tych enzymów, znanych jako P450, często odpowiada za rozwój oporności na pestycydy u innych komarów. Od czasu wprowadzenia pestycydów w połowie XX wieku, ten sam zestaw genów P450 uległ niezależnej mutacji co najmniej siedem razy w Ameryce Południowej.
W Gujanie Francuskiej inny zestaw genów P450 również wykazywał podobny wzorzec ewolucyjny, co dodatkowo potwierdza ścisły związek między tymi enzymami a adaptacją. Co więcej, gdy komary umieszczono w szczelnych pojemnikach i wystawiono na działanie insektycydów pyretroidowych, różnice w genach P450 u poszczególnych osobników korelowały z czasem ich przeżycia.
W Ameryce Południowej zakrojone na szeroką skalę kampanie zwalczania malarii z użyciem pestycydów były sporadyczne i mogły nie być głównym motorem ewolucji komarów. Komary mogły być natomiast pośrednio narażone na pestycydy stosowane w rolnictwie. Co ciekawe, najbardziej wyraźne oznaki ewolucji zaobserwowaliśmy w regionach o rozwiniętym rolnictwie.
Pomimo pojawienia się nowych szczepionek i innych postępów w zwalczaniu malarii w ostatnich latach, kontrola komarów nadal jest kluczowa dla ograniczenia rozprzestrzeniania się tej choroby.
Kilka krajów testuje inżynierię genetyczną w walce z malarią. Technologia ta polega na modyfikacji genetycznej populacji komarów w celu zmniejszenia ich liczebności lub osłabienia ich odporności na pasożyta wywołującego malarię. Chociaż niezwykła zdolność adaptacji komarów może stanowić wyzwanie, perspektywy są obiecujące.
Moi koledzy i ja pracujemy nad udoskonaleniem metod wykrywania pojawiającej się oporności na pestycydy. Sekwencjonowanie genomu pozostaje kluczowe dla wykrywania nowych lub nieoczekiwanych reakcji ewolucyjnych. Ryzyko adaptacyjne jest najwyższe w warunkach długotrwałej i intensywnej presji selekcyjnej; dlatego minimalizowanie, modyfikowanie i stopniowe stosowanie pestycydów może pomóc zapobiec rozwojowi oporności.
Skoordynowany monitoring i odpowiednie reakcje są niezbędne do zwalczania rozwijającej się lekooporności. W przeciwieństwie do ewolucji, ludzie potrafią przewidywać przyszłość.
Jacob A. Tennessen otrzymał dofinansowanie od Narodowych Instytutów Zdrowia za pośrednictwem Harvard TH Chan School of Public Health i Broad Institute.
Czas publikacji: 21-04-2026
