יתושים הנושאים מלריה מתפתחים מהר יותר ממה שקוטלי חרקים יכולים להרוג אותם.

המאבק במחלות זיהומיות הוא מרוץ נגד האבולוציה. חיידקים מפתחים עמידות לאנטיביוטיקה, ווירוסים מתפתחים כל הזמן כדי להתפשט מהר יותר. מחלות הנישאות על ידי חרקים מייצגות שדה קרב אבולוציוני נוסף: חרקים עצמם מפתחים עמידות לרעלים שבני אדם משתמשים בהם כדי להרוג אותם.
בפרט, מלריה הנישאת על ידי יתושים הורגת למעלה מ-600,000 איש מדי שנה. מאז מלחמת העולם השנייה,קוטלי חרקים—נשק כימי שנועדו להרוג יתושי אנופלס הנגועים בטפיל המלריה — שימשו למאבק במלריה.
עם זאת, יתושים מפתחים במהירות אסטרטגיות כדי להפוך את אלהקוטלי חרקים לא יעיליםוחושפים מיליוני אנשים לסיכון מוגבר לזיהומים קטלניים. מחקר שפורסם לאחרונה, שנערך עם עמיתים, מסביר מדוע.

כגנטיקאי אבולוציוני, אני חוקר את הברירה הטבעית - הבסיס לאבולוציה אדפטיבית. שינויים גנטיים המועילים ביותר להישרדות מחליפים את אלה הפחות רצויים, מה שמוביל לשינויים במינים. היכולות האבולוציוניות של יתוש האנופלס הן באמת מדהימות.
באמצע שנות ה-90, רוב יתושי האנופלס באפריקה היו רגישים לקוטלי חרקים מסוג פירתרואיד, שמקורם בחרציות. הדברת יתושים הסתמכה בעיקר על שתי שיטות מבוססות פירתרואיד: רשתות נגד יתושים שטופלו בקוטלי חרקים כדי להגן על יתושים ישנים וריסוסי קוטלי חרקים שיוריים על קירות בניינים. שתי שיטות אלו לבדן מנעו ככל הנראה למעלה מ-500 מיליון מקרים של מלריה בין השנים 2000 ו-2015.
עם זאת, יתושים מגאנה ועד מלאווי מפתחים כיום לעתים קרובות עמידות לחומרי הדברה בריכוזים גבוהים פי 10 מהמינון הקטלני שהיה בעבר. בנוסף לאמצעים לשליטה ביתושי אנופלס, פעילויות חקלאיות עלולות לחשוף יתושים בשוגג לקוטלי חרקים מסוג פירתרואיד, מה שמחמיר עוד יותר את עמידותם.
בחלקים מסוימים של אפריקה, יתושי אנופלס פיתחו עמידות לארבעה סוגים של קוטלי חרקים המשמשים לשליטה במלריה.
יתושי אנופלס וטפילי מלריה נמצאים גם מחוץ לאפריקה, שם מחקר עמידות לחומרי הדברה פחות נפוץ.
בחלק גדול מדרום אמריקה, וקטור המלריה העיקרי הוא יתוש האנופלס דארלינגי. יתוש זה שונה כל כך מוקטורי המלריה באפריקה, עד שייתכן שהוא שייך לסוג אחר - ניסוריניכוס. יחד עם עמיתים משמונה מדינות, ניתחתי את הגנום של למעלה מ-1,000 יתושי אנופלס דארלינגי כדי להבין את הגיוון הגנטי שלהם, כולל שינויים שנגרמו על ידי פעילות אנושית אחרונה. עמיתיי אספו יתושים אלה מ-16 מוקדים על פני שטח עצום המשתרע מחוף האוקיינוס ​​האטלנטי של ברזיל ועד לחוף האוקיינוס ​​השקט של האנדים בקולומביה.
מצאנו שכמו קרוביו האפריקאים, *אנופלס דארלינגי* מציג גיוון גנטי גבוה במיוחד - יותר מפי 20 מזה של בני אדם - דבר המצביע על אוכלוסייה גדולה מאוד. מינים בעלי מאגר גנים כה גדול מותאמים היטב להסתגלות לאתגרים חדשים. כאשר אוכלוסייה כה גדולה, הסבירות להופעתן של מוטציות מתאימות המספקות יתרון רצוי עולה. ברגע שמוטציה זו מתחילה להתפשט, הודות ליתרון המספרי, אפילו מוות אקראי של כמה יתושים לא יוביל להכחדתו המוחלטת.
לעומת זאת, העיטם הקירח, יליד ארצות הברית, מעולם לא פיתח עמידות לקוטל החרקים DDT ובסופו של דבר עמד בפני הכחדה. היעילות האבולוציונית של מיליוני חרקים עולה בהרבה על זו של כמה אלפי ציפורים בלבד. למעשה, במהלך העשורים האחרונים, ראינו סימנים של אבולוציה אדפטיבית בגנים הקשורים לעמידות לתרופות ביתושי אנופלס דארלי.
פירתרואידים ו-DDT, בין היתר קוטלי חרקים, פועלים על אותה מטרה מולקולרית: תעלות יונים שיכולות להיפתח ולהיסגר בתאי עצב. כאשר תעלות אלו פתוחות, תאי עצב מגרים תאים אחרים. קוטלי חרקים מאלצים תעלות אלו להישאר פתוחות ולהמשיך לשדר דחפים, מה שמוביל לשיתוק ולמוות של חרקים. עם זאת, חרקים יכולים לפתח עמידות על ידי שינוי צורת התעלות עצמן.
מחקרים גנטיים קודמים של מדענים אחרים, כמו גם המחקר שלנו, לא מצאו סוג זה של עמידות ב-Anopheles darlingi. במקום זאת, גילינו שעמידות מתפתחת בדרך שונה: באמצעות קבוצת גנים המקודדים אנזימים המפרקים תרכובות רעילות. פעילות גבוהה של אנזימים אלה, המכונים P450s, אחראית לעתים קרובות להתפתחות עמידות לחומרי הדברה ביתושים אחרים. מאז תחילת השימוש בחומרי הדברה באמצע המאה ה-20, אותה קבוצת גנים של P450 עברה מוטציה באופן עצמאי לפחות שבע פעמים בדרום אמריקה.
בגיאנה הצרפתית, קבוצה נוספת של גנים מסוג P450 הראתה גם היא דפוס אבולוציוני דומה, מה שמאשר עוד יותר את הקשר ההדוק בין אנזימים אלה לבין הסתגלות. יתר על כן, כאשר יתושים הונחו במיכלים אטומים ונחשפו לקוטלי חרקים מסוג פירתרואיד, הבדלים בגנים מסוג P450 בין יתושים בודדים היו בקורלציה עם זמן ההישרדות שלהם.
בדרום אמריקה, קמפיינים גדולים לשליטה במלריה באמצעות חומרי הדברה היו ספורדיים בלבד וייתכן שלא היו המניע העיקרי לאבולוציה של יתושים. במקום זאת, ייתכן שהיתושים נחשפו בעקיפין לחומרי הדברה חקלאיים. מעניין לציין, כי צפינו בסימנים הבולטים ביותר של אבולוציה באזורים עם חקלאות מפותחת.
למרות הופעתם של חיסונים חדשים והתקדמות נוספת בבקרת מלריה בשנים האחרונות, הדברת יתושים נותרה המפתח להפחתת התפשטות המלריה.
מספר מדינות בוחנות הנדסה גנטית כדי להילחם במלריה. טכנולוגיה זו כוללת שינוי גנטי של אוכלוסיות יתושים כדי להפחית את מספרן או להפחית את עמידותן לטפיל המלריה. בעוד שיכולת ההסתגלות המרשימה של היתושים עשויה להוות אתגר, הסיכויים מבטיחים.
עמיתיי ואני עובדים על שיפור שיטות לגילוי עמידות מתפתחת לחומרי הדברה. ריצוף גנום נותר חיוני לגילוי תגובות אבולוציוניות חדשות או בלתי צפויות. הסיכון ההסתגלותי הוא הגבוה ביותר תחת לחץ סלקטיבי ממושך ואינטנסיבי; לכן, מזעור, שינוי והדרגה של השימוש בחומרי הדברה יכולים לסייע במניעת התפתחות עמידות.
ניטור מתואם ותגובות מתאימות חיוניים למאבק בעמידות לתרופות המתפתחת. בניגוד לאבולוציה, בני אדם מסוגלים לחזות את העתיד.
ג'ייקוב א. טנסן קיבל מימון מהמכונים הלאומיים לבריאות דרך בית הספר לבריאות הציבור של הרווארד TH Chan ומכון ברוד.