Evaluating Novel Vector Control Strategies

Abstract

The tremendous burden of malaria has led to renewed efforts focusing on malaria elimi-nation in the high burden countries. However, to achieve elimination, novel tools includ-ing driving-Y gene drive mosquitoes may be necessary in these settings. Gene drives offer a pathway to propagate transgenes and their associated phenotypes to future gen-erations more efficiently than the natural 50% probability, and driving-Y has been pro-posed as a gene drive mechanism for population suppression by ensuring offspring are predominantly male. This research systematically explores the potential impact of inte-grating driving-Y gene drive mosquitoes in malaria elimination strategies in the Demo-cratic Republic of the Congo (DRC) using a stochastic, spatially explicit, agent-based, mathematical model. In simulations of various intervention mixes in study locations across the country, releases of gene drive mosquitoes are capable of eliminating malaria and are the most cost-effective intervention overall with certain ranges of driving-Y parameters, specifically with high X-shredding rate. Our model results show that tailor-ing the frequency of releases and the number of gene drive mosquitoes to be released can make malaria elimination achievable within 5 years after a single release of gene drive mosquitoes under certain conditions, including but not limited to no importation of vectors or infections into the study areas. The cost of intervention in scenarios with and without gene drives suggest that the cost of gene drives affects the marginal costs of other malaria control methods. Gene drive is thus worth considering as a supplement to commonly used malaria interventions as long as the drive is sufficiently powerful and cost-effective. Broader discussion of gene drives has spanned from the feasibility and economic viability of the gene drive technology to concerns on environmental, and touching base on societal and ethical impacts of the technology. This research offers a framework to effectively plan gene drive strategies in malaria control in other high bur-den countries where parasite transmission intensity varies, identifies key aspects of both gene drive technology and its implementation that are fundamental for the technology to be a cost-effective component of a malaria control program. This helps advance the understanding of gene drives and how this or other novel tools can ultimately contribute to the elimination of malaria even in high-burden countries like the DRC.

Die enorme Belastung durch Malaria hat zu erneuten Anstrengungen geführt, die sich auf die Beseitigung der Malaria in den Ländern mit hoher Belastung konzentrieren. Um eine Eliminierung zu erreichen, können für diese Einstellungen jedoch neuartige Werkzeuge erforderlich sein, einschließlich Mücken, die Driving-Y-Gen antreiben. Gen-Drive bieten einen Weg, um Transgene und die damit verbundenen Phänotypen für zu-künftige Generationen effizienter als mit der natürlichen Wahrscheinlichkeit von 50% zu vermehren, und Driving-Y wurde als Gen-Drive-Mechanismus für die Unterdrückung der Population vorgeschlagen, indem sichergestellt wird, dass die Nachkommen über-wiegend männlich sind. Diese Studie untersucht systematisch die möglichen Auswir-kungen der Integration von Mücken mit Y-Gen-Drive in Strategien zur Beseitigung von Malaria in die Demokratischen Republik Kongo (DRK) unter Verwendung eines stochastischen, räumlich expliziten, agentenbasierten mathematischen Modells. In Simu-lationen verschiedener Interventionsmischungen an Studienorten im ganzen Land kön-nen Freisetzungen von Gen-Drive-Mücken Malaria beseitigen und sind insgesamt die kostengünstigste Intervention mit bestimmten Bereichen von Driving-Y-Parametern, insbesondere mit hoher X-Shredder-Rate . Unsere Modellergebnisse zeigen, dass eine Anpassung der Freisetzungshäufigkeit und der Anzahl der freizugebenden Gen-Drive-Mücken die Eliminierung von Malaria innerhalb von 5 Jahren nach einer einzelnen Frei-setzung von Gen-Drive-Mücken unter bestimmten Bedingungen erreichen kann, ein-schließlich, aber nicht beschränkt auf keinen Import von Vektoren oder Infektionen. Die Kosten für Interventionen in Szenarien mit und ohne Gen-Drive legen nahe, dass die Kosten für Gen-Drive die Grenzkosten anderer Malariakontrollmethoden beeinflussen. Der Gen-Drive ist daher als Ergänzung zu häufig verwendeten Malaria-Interventionen in Betracht zu ziehen, solange der Drive ausreichend leistungsfähig und kostengünstig ist. Die breitere Diskussion der Studie über Gen-Drive reichte von der Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit der Gen-Drive-Technologie bis hin zu Bedenken hinsichtlich der Umwelt und der berührenden Grundlage der gesellschaftlichen und ethischen Auswir-kungen der Technologie. Diese Forschung bietet einen Rahmen für die effektive Pla-nung von Gen-Drive Strategien bei der Malariakontrolle in anderen Ländern mit hohem Befallsdruck, in denen die Intensität der Parasitenübertragung variiert, und identifiziert Schlüsselaspekte sowohl der Gen-Drive-Technologie als auch ihrer Implementierung, die für die Technologie von grundlegender Bedeutung sind, um eine kostengünstige Kom-ponente eines Malariakontrollprogrammes zu sein. Dies trägt dazu bei, das Verständnis der Gen-Drive zu verbessern und zu zeigen, wie dieses oder andere neuartige Instrumen-te letztendlich zur Beseitigung von Malaria beitragen können, selbst in Ländern mit ho-her Belastung wie die DRK.