Trong một bài báo nghiên cứu được đăng trên tạp chí Science vào ngày 31/5/2019, các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Maryland và Burkina Faso đã mô tả thử nghiệm đầu tiên về phương pháp chuyển gen được thực hiện bên ngoài phòng thí nghiệm để chống lại bệnh sốt rét. Nghiên cứu cho thấy một loại nấm tự nhiên được biến đổi cung cấp độc tố cho muỗi, đã làm giảm hơn 99% số lượng muỗi theo cách an toàn trong khuôn khổ một ngôi làng mô phỏng được bao quanh bởi các tấm chắn ở Burkina Faso, Tây Phi.

Nấm là mầm bệnh tự nhiên lây nhiễm cho côn trùng trong môi trường tự nhiên và từ từ tiêu diệt chúng. Nấm đã được sử dụng để kiểm soát nhiều loài gây hại trong nhiều thế kỷ. Các nhà khoa học đã sử dụng một chủng nấm đặc thù cho muỗi và biến đổi nấm để sản sinh chất độc tiêu diệt muỗi nhanh hơn tốc độ sinh sản của chúng. Loại nấm biến đổi gen này đã khiến quần thể muỗi trong khu vực thử nghiệm bị tiêu diệt đến mức không bền vững vòng hai thế hệ.

Độc tố mới từ nấm là loại thuốc trừ sâu có tên là Hybrid, bắt nguồn từ nọc độc của nhện mạng phễu của Úc và đã được Cơ quan Bảo vệ môi trường (EPA) chấp thuận sử dụng trực tiếp trên cây trồng để kiểm soát côn trùng gây hại cho ngành nông nghiệp.

Các thử nghiệm tại lab cho thấy loại nấm này sẽ lây nhiễm vào giao tử của muỗi mang mầm bệnh sốt rét. Sự phong phú của muỗi truyền bệnh sốt rét, đã cản trở nỗ lực kiểm soát bệnh, bởi không phải tất cả các loài đều đáp ứng với các phương pháp điều trị như nhau.

Để biến đổi nấm Metarhizium pingshaense nhằm sản sinh Hybrid, nhóm nghiên cứu tại trường Đại học Maryland đã áp dụng phương pháp thông thường dùng một loại vi khuẩn để đưa ADN vào nấm. ADN này đã giúp tạo ra Hybrid cùng với một công tắc điều khiển cho nấm biết thời điểm sản sinh độc tố. Công tắc điều khiển là bản sao mã ADN của nấm. Chức năng bình thường của công tắc là báo cho nấm biết lúc nào cần tạo lớp vỏ phòng thủ xung quanh để tránh hệ miễn dịch của côn trùng. Việc tạo lớp vỏ cho nấm khá tốn kém.

Bằng cách kết hợp mã di truyền cho công tắc đó với mã tạo ra Hybrid, các nhà khoa học có thể đảm bảo rằng nấm biến đổi chỉ sản sinh độc tố bên trong cơ thể của muỗi. Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm nấm biến đổi trên các côn trùng khác ở Maryland và Burkina Faso và nhận thấy loại nấm này không gây hại cho các loài có lợi như ong mật.

Sau khi chứng minh sự an toàn của nấm biến đổi gen trong phòng thí nghiệm, Lovett và St. Leger đã phối hợp với các nhà khoa học khác để thử nghiệm nấm trong môi trường được kiểm soát mô phỏng môi trường tự nhiên. Ở vùng nông thôn Burkina Faso hay xuất hiện bệnh sốt rét, các nhà khoa học xây dựng một cấu trúc được che chắn xung quanh rộng khoảng 6.550m2 được gọi là MosquitoSphere. Bên trong, nhiều buồng kín chứa các ô thí nghiệm, thực vật, bể nuôi muỗi nhỏ và nguồn thức ăn cho muỗi.

Trong rất nhiều thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã treo một tấm bông màu đen phủ dầu mè lên tường của một ô trong cả ba buồng. Một tấm bông phủ dầu trộn với nấm biến đổi gen Metarhizium pingshaense, một tấm có dầu trộn Metarhizium hoang dã và một tấm chỉ có dầu mè. Sau đó, nhóm nghiên cứu đã thả 1.000 con muỗi đực trưởng thành và 500 con muỗi cái trưởng thành vào mỗi buồng của môi trường MosquitoSphere để thiết lập quần thể sinh sản. Tiếp đến, hàng ngày, các nhà khoa học đã đếm số lượng muỗi trong mỗi buồng trong vòng 45 ngày.

Trong buồng chứa tấm bông đen được xử lý bằng nấm biến đổi gen, quần thể muỗi đã giảm mạnh trong 45 ngày xuống chỉ còn 13 con muỗi trưởng thành. Điều đó là không đủ để con đực tạo ra một bầy muỗi cần để muỗi sinh sản. Để so sánh, các nhà nghiên cứu đã đếm được 455 con muỗi trong buồng được xử lý bằng loại nấm hoang và 1.394 con muỗi trong buồng được xử lý bằng dầu mè thông thường sau 45 ngày. Thử nghiệm đã được thực hiện nhiều lần trong cùng khoảng thời gian cho kết quả ấn tượng.

Trong các thí nghiệm tương tự tại lab, các nhà khoa học cũng đã phát hiện ra rằng con cái bị nhiễm nấm biến đổi gen chỉ đẻ 26 quả trứng, chỉ có ba con phát triển thành muỗi trưởng thành, trong khi con cái không bị nhiễm bệnh đã đẻ 139 quả trứng tạo nên 74 con muỗi trưởng thành.

Theo các nhà nghiên cứu, điều cực kỳ quan trọng là các công nghệ chống sốt rét mới như công nghệ thử nghiệm trong nghiên cứu này dễ dàng được các cộng đồng địa phương sử dụng. Tấm bông đen và dầu mè tương đối rẻ tiền và có sẵn tại địa phương. Phương pháp này cũng không đòi hỏi mọi người phải thay đổi hành vi của họ, vì loại nấm này có thể được áp dụng kết hợp với thuốc trừ sâu thông dụng hiện nay.

Nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ thử nghiệm nấm biến đổi gen mới trong một ngôi làng hoặc cộng đồng địa phương. Tuy nhiên, cần phải đáp ứng nhiều tiêu chuẩn pháp lý và xã hội trước khi triển khai phương pháp mới này trong môi trường mở như một ngôi làng, nhưng các nhà khoa học cho rằng nghiên cứu này tạo nền tảng cho các thử nghiệm đó.