Inseticidas têm sido usados ​​há séculos para neutralizar danos generalizados de pragas em valiosos cultivos. Eventualmente, com o tempo, besouros, mariposas, moscas e outros insetos com mutações genéticas se sobressaem sob a população no campo, tornando os inseticidas ineficazes.

   A crescente resistência desses mutantes traz cada vez mais dificuldades para que fazendeiros e especialistas em controle de vetores cultivem as espécies agrícolas com a população de pragas reduzida, prejudicando o empreendimento nos campos.

   Para ajudar a combater esses problemas, pesquisadores desenvolveram recentemente tecnologias poderosas que removem geneticamente genes variantes resistentes a inseticidas e os substituem por genes suscetíveis. Essas tecnologias de “gene drive”, baseadas na edição genética CRISPR, têm o potencial de proteger plantações valiosas e reduzir enormemente a quantidade de inseticidas necessários para eliminar pragas.

   Ainda assim, os sistemas de gene drive têm sido alvo de escrutínio com preocupações de que, uma vez liberados em uma população, eles podem se espalhar continuamente sem controle.

   Os geneticistas da Universidade da Califórnia em San Diego desenvolveram uma solução para essa preocupação. Publicando no periódico Nature Communications, o bolsista de pós-doutorado da Escola de Ciências Biológicas Ankush Auradkar e o professor Ethan Bier lideraram a criação de um novo sistema genético que converte formas resistentes a inseticidas de genes de insetos mutados de volta à sua forma natural e nativa. O novo sistema é projetado para espalhar a versão original do gene "tipo selvagem" usando a herança tendenciosa de variantes genéticas específicas conhecidas como alelos e, em seguida, desaparecer, deixando apenas uma população de insetos com a versão corrigida do gene.

   “Desenvolvemos uma abordagem biológica eficiente para reverter a resistência a inseticidas sem criar nenhuma outra perturbação ao ambiente”, disse Bier, professor do Departamento de Biologia Celular e do Desenvolvimento, sobre o drive alélico autoeliminador, ou “e-Drive”. “O e-Drive é programado para agir transitoriamente e então desaparecer da população.”

   Conforme descrito no artigo, os pesquisadores criaram um novo "cassete" genético, um pequeno grupo de elementos de DNA, e o inseriram dentro de moscas-das-frutas como uma tecnologia de prova de conceito que poderia ser aplicada a outros insetos. Eles desenvolveram o e-Drive para atingir um gene conhecido como canal iônico de sódio dependente de voltagem, ou vgsc, que é necessário para o funcionamento adequado do sistema nervoso.

   O cassete e-Drive foi projetado para se espalhar por meio da edição genética CRISPR e apresenta um RNA guia que se liga a uma proteína de DNA Cas9 e faz um corte no local do gene resistente a inseticidas “vgsc” alvo. O gene é então trocado por uma cópia nativa do gene que é suscetível a inseticidas.

   De acordo com o estudo, quando insetos portadores do cassete são introduzidos em uma população-alvo, eles acasalam aleatoriamente e transmitem o cassete e-Drive para seus descendentes. Para manter o controle da disseminação do e-Drive, os pesquisadores impuseram uma verificação de aptidão naqueles portadores do cassete, seja por meio de viabilidade limitada ou fertilidade. O cassete foi inserido no cromossomo X e reduziu o sucesso de acasalamento dos machos, resultando em uma prole reduzida. 

   A frequência do cassete na população eventualmente diminui a cada geração até desaparecer completamente da população. Em experimentos de laboratório, todos os descendentes foram convertidos em genes nativos em oito a 10 gerações, o que levou cerca de seis meses em moscas.

   "Como os insetos que carregam o cassete de genes são penalizados com um custo de aptidão severo, o elemento é rapidamente eliminado da população, durando apenas o tempo necessário para converter 100% das formas resistentes a inseticidas do gene alvo de volta ao tipo selvagem", disse Auradkar.

   Os pesquisadores observam que a natureza autoeliminadora do e-Drive significa que ele pode ser introduzido e reintroduzido conforme necessário e conforme diferentes tipos de inseticidas são usados. Os pesquisadores agora estão desenvolvendo um sistema e-Drive semelhante em mosquitos para ajudar a prevenir a disseminação da malária.

   Além de Auradkar e Bier, os coautores do artigo da Nature Communications incluíram seus colaboradores próximos Rodrigo Corder, do Instituto de Ciências Biomédicas da Universidade de São Paulo; e John Marshall, do Innovative Genomics Institute, que realizaram modelagem matemática sofisticada que revelou importantes características ocultas do sistema e-Drive, incluindo sua capacidade de eliminar com eficiência uma classe de indivíduos nos quais o processo de condução não ocorreu.