Forskere har utviklet genetiske våpen som er i stand til å utslette hele arten av organismer fra jordens overflate. Det handler om gentrafikk-teknologi som lar skadelige mutasjoner spre seg i dyrepopulasjoner. Til tross for protester fra miljøorganisasjoner, kan denne tilnærmingen i stor grad komme folk til gode ved å eliminere farlige sykdommer. "Lenta.ru" snakker om hvordan forskere skal bekjempe malaria ved hjelp av modifiserte mygg.
DNA-sabotører
Malaria er en gruppe smittsomme sykdommer forårsaket av parasittiske encellede organismer av slekten Plasmodium. De kommer inn i menneskeblodet når de blir bitt av kvinnelige Anopheles-mygg, også kjent som malaria-mygg. Disse insektene er distribuert over hele verden, bortsett fra Antarktis, Nord- og Øst-Sibir. Mest av alt er malaria syk i Afrika, og fremfor alt - barn. Malaria dreper nesten en halv million mennesker hvert år, og de fleste ofrene er barn under fem år.
Forskere har fundert på hvor genetisk utviklet de har til å beseire malaria i flere år. En måte er å introdusere gener i mygg som vil forhindre at Plasmodium legger seg i dem. Men det er et problem. La oss si at vi lager flere tusen trygge malariamygger og slipper dem ut i miljøet. Hvordan sikre spredning av ønsket gen i naturen?
Genmodifiserte mygg vil ha to kopier av det antimalariale genet (en på hvert kromosom). Bare ett av kromosomene (som man bestemmer saken) arves av avkommet. Derfor, hvis en endret mygg og en vill individuell makker uten ønsket gen, vil bare en kopi av genet overføres til avkommet. Og bare omtrent halvparten av den neste generasjonen mygg vil få den kopien (siden det mutante kromosomet er 50 prosent arvet). Som et resultat vil antimalaria gener gradvis forsvinne fra befolkningen - naturlig seleksjon vil neppe støtte dem.
En teknikk kjent som genstasjon kan brukes for å forhindre eliminering (eliminering) av et gen fra den ville befolkningen. Det består i en eller annen måte å kopiere genet vi trenger fra et kromosom til et annet. Da vil en organisme som bare hadde en kopi av genet skaffe seg to kopier og gi den videre til avkommet med 100% sannsynlighet. Hvordan gjøres det?
Salgsfremmende video:
En måte er å bruke restriksjonsendonukleaser, enzymer som gjør et kutt i en dobbel streng DNA på et spesifikt sted. Hvis du gjør en pause i kromosomet, vil prosessen med å gjenopprette den begynne. Under den blir en intakt seksjon fra det nærliggende kromosomet kopiert inn i kuttkjeden. Imidlertid gjør endonukleaser et kutt hvis de "gjenkjenner" en spesifikk kombinasjon av nukleotider. Det kan være mange slike kombinasjoner på et kromosom, så vi risikerer å kutte kromosomet i mange biter. Dette, så vel som andre faktorer, kompliserer bruken av restriksjonsendonukleaser for gendrift.
CRISPR / Cas9-teknologien er i stand til å erstatte disse enzymene, noe som gjør at vi kan gjøre et snitt på akkurat det stedet vi trenger. Cas9-nukleasen vil gjøre et brudd i den doble DNA-strengen på stedet (målstedet) “indikert” av RNA-guiden eller sg-RNA. Det er en så kort nukleinsyremolekyl som er komplementær til målsettingen, derfor, ved å syntetisere en tilstrekkelig lang RNA-guide, kan sannsynligheten for kutting på feil sted minimeres.
I 2015 skapte forskere fra Imperial College London en gendrift ved hjelp av CRISPR / Cas9 som fremmer spredning av en mutasjon som forårsaker infertilitet i malaria mygg. Hunner med et mutant gen på begge kromosomene er sterile, og menn kan spre det i befolkningen. På denne måten er det ikke bare mulig å redusere bestanden av Anopheles til et nivå der infeksjon med Plasmodium malaria vil bli sjelden, men også å bekjempe utviklingen av resistens mot plantevernmidler og ødelegge invasive arter.
Genapokalypse
Imidlertid er det bekymring for at den ukontrollerte spredningen av genet kan føre til utilsiktede konsekvenser i dyrelivet. Ifølge evolusjonsøkologen James Collins fra Arizona State University er det ikke kjent i et intervju med Science hvordan gendriften vil påvirke populasjonsdynamikken og økosystemhelsen. For eksempel fører fullstendig ødeleggelse av en art eller til og med en sterk nedgang i antall til spredning av andre arter. Derfor bør modifiserte mygg ikke slippes ut i naturen uten å ta hensyn til alle risikoer. Hvordan kan du imidlertid teste en genkjør hvis testing i seg selv krever insekter å være i naturen?
James Collins
Forskere kaller dette problemet Catch-22 fordi løsningen motsier seg selv. Imidlertid har biologer fra Harvard University og Massachusetts Institute of Technology funnet ut hvordan man kan sørge for at en genstasjon først kan fremme spredning av et mutant gen, og etter noen generasjoner føre til at det forsvinner.
Poenget er at kopiering av det nødvendige stykke DNA fra et kromosom til et annet skjer i trinn. Gendrevet er drevet av tre elementer, som hver består av ett eller flere gener. Element A kopieres og settes inn i det homologe kromosomet i nærvær av element B, og element B i nærvær av element C. Selve element C fordeles i befolkningen gjennom normal arv, og blir videreført til bare halvparten av avkommet.
Parring av genmodifiserte insekter med ville mygg vil føre til at alle avkom vil bære elementer A og B, men bare halvparten av dem vil bære element C. Som et resultat, i henhold til arvelovene, vil A og B først spre seg raskt i befolkningen, og etter en viss mengde generasjoner vil element C praktisk talt forsvinne, etterfulgt av element B og til slutt A. Spredningen av det mutante genet vil avhenge av hvor mange insekter som frigjøres i det naturlige miljøet. Du kan sørge for at nesten alle individer som bor i et visst territorium vil være bærere av mutasjonen, men i en større populasjon vil ikke generene kunne spre seg. Hvis forsøkene er vellykket, vil spørsmålet om anvendelse av teknologien der det er en klar trussel mot menneskers helse fra malaria mygg oppstå alvorlig.
Alt er bestemt
Noen ideelle organisasjoner, som Friends of the Earth og Council for Responsible Genetics, har uttalt seg mot gendriften og kalt det teknologi for genutryddelse. De foreslo å innføre et moratorium. I desember 2016 godkjente imidlertid partene i FNs konvensjon om biologisk mangfold bruken av gendriften, og ba om forsiktighet i feltforsøk.
Foto: Public Domain / Wikimedia
I noen land er teknologien allerede testet. Resultater fra fem feltforsøk gjennomført fra 2011 til 2014 i Panama, Caymanøyene og den nordøstlige brasilianske delstaten Bahia, viste at antall myggstall hadde sunket med 90 prosent. Nå er Brasil i ferd med å frigjøre millioner av genmodifiserte insekter for å bekjempe Zika, dengue, gul feber og chikungunya.
Så har muligheten for å påvirke naturlige økosystemer ved genteknologi blitt bevist. Er det imidlertid mulig å modifisere humane genom direkte for å bli kvitt arvelige sykdommer? Eller gjøre mennesker immun mot Plasmodium malaria?
I februar 2017 publiserte US National Academies of Sciences and Medicine en rapport der eksperter tillot å endre DNA fra mennesker for å bekjempe mutasjoner som forårsaker alvorlige forstyrrelser i kroppen. Dette betyr faktisk å korrigere mangelfulle gener i menneskelige embryoer. Dette vil hjelpe deg med å takle sykdommer som Huntingtons chorea eller dødelig familiær søvnløshet. Imidlertid vil bruken av gendriveteknologier være begrenset til bestander av ville dyr, siden bruken av dem ikke bare er tvilsom fra etisk synspunkt, men også upraktisk: genet vil spre seg for sakte.
Alexander Enikeev
