Forskare har utvecklat genetiska vapen som kan utplåna hela arter av organismer från jorden. Det handlar om gendrivningsteknologi som tillåter skadliga mutationer att spridas i djurpopulationer. Trots protester från miljöorganisationer kan detta tillvägagångssätt emellertid gynna människor mycket genom att eliminera farliga sjukdomar. "Lenta.ru" talar om hur forskare kommer att bekämpa malaria med modifierade myggor.
DNA-sabotörer
Malaria är en grupp infektionssjukdomar orsakade av parasitiska encelliga organismer av släktet Plasmodium. De träder in i mänskligt blod när de bitts av kvinnliga Anopheles-myggor, även kända som malaria-myggor. Dessa insekter distribueras över hela världen, med undantag för Antarktis, Fjärran norra och östra Sibirien. Mest av allt är malaria sjukt i Afrika, och framför allt - barn. Malaria dödar nästan en halv miljon människor varje år, varav de flesta offren är barn under fem år.
Forskare har funderat över hur genetiskt konstruerade för att besegra malaria i flera år. Ett sätt är att införa gener i myggor som kommer att förhindra att Plasmodium sätter sig i dem. Men det är ett problem. Låt oss säga att vi skapar flera tusen säkra malariamyggen och släpper dem ut i miljön. Hur kan man säkerställa spridningen av den önskade genen i naturen?
Genmodifierade myggor har två kopior av den antimalariala genen (en på varje kromosom). Endast en av kromosomerna (som man avgör fallet) ärvs av avkomman. Om en förändrad mygga och en vild individ utan den önskade genen kommer därför endast en kopia av genen att överlämnas till avkomman. Och bara ungefär hälften av nästa generation av myggor kommer att få den kopian (eftersom den mutanta kromosomen är 50 procent ärvt). Som ett resultat försvinner antimalariagener gradvis från befolkningen - det är osannolikt att naturligt urval stöder dem.
En teknik känd som gen-drivning kan användas för att förhindra eliminering (eliminering) av en gen från den vilda befolkningen. Det består i att på något sätt kopiera genen vi behöver från en kromosom till en annan. Då kommer en organisme som bara hade en kopia av genen att skaffa två kopior och överföra den till dess avkommor med 100% sannolikhet. Hur det är gjort?
Kampanjvideo:
Ett sätt är att använda restriktionsendonukleaser, enzymer som gör en skärning i en dubbel DNA-sträng på en specifik plats. Om du gör en paus i kromosomen börjar processen för dess återställning. Under den kopieras en intakt sektion från den angränsande kromosomen i den skurna kedjan. Endonukleaser gör emellertid ett snitt om de "känner igen" en specifik kombination av nukleotider. Det kan finnas många sådana kombinationer på en kromosom, så vi riskerar att skära kromosomen i många bitar. Detta, liksom andra faktorer, komplicerar användningen av restriktionsendonukleaser för gendrivning.
CRISPR / Cas9-tekniken kan ersätta dessa enzymer, vilket gör att vi kan göra ett snitt på exakt den plats vi behöver. Cas9-nukleaset kommer att göra ett avbrott i den dubbla DNA-strängen på platsen (målplats) "indikerad" av RNA-guiden eller sg-RNA. Det är en så kort nukleinsyramolekyl som är komplementär till målsidan, därför genom att syntetisera en tillräckligt lång RNA-guide kan risken för skärning på fel plats minimeras.
Under 2015 skapade forskare vid Imperial College London en genenhet med hjälp av CRISPR / Cas9 som främjar spridningen av en mutation som orsakar infertilitet i malariamyggen. Kvinnor med en mutant gen på båda kromosomerna är sterila och män kan sprida den i befolkningen. På detta sätt är det möjligt inte bara att minska beståndet av Anopheles till en nivå på vilken infektion med Plasmodium malaria kommer att bli sällsynt, utan också att bekämpa utvecklingen av resistens mot bekämpningsmedel och förstöra invasiva arter.
Genapokalyps
Det finns emellertid oro för att den okontrollerade spridningen av genen kan orsaka oavsiktliga konsekvenser i djurlivet. Enligt den evolutionära ekologen James Collins från Arizona State University vet man inte i en intervju med Science att gendrivning kommer att påverka befolkningsdynamiken och ekosystemhälsan. Till exempel leder en fullständig förstörelse av en art eller till och med en kraftig minskning av antalet till andra arter. Därför bör modifierade myggor inte släppas ut i naturen utan att beakta alla risker. Men hur kan du testa en genenhet om testning i sig kräver insekter att vara i naturen?
James Collins
Forskare kallar detta problem Catch-22 eftersom dess lösning motsäger sig själv. Emellertid har biologer från Harvard University och Massachusetts Institute of Technology kommit fram till hur man kan se till att en gendrivning först kan främja spridningen av en mutantgen, och efter några generationer leda till dess försvinnande.
Poängen är att kopieringen av det nödvändiga DNA-stycket från en kromosom till en annan sker i steg. Genenheten drivs av tre element, som var och en består av en eller flera gener. Element A kopieras och införs i den homologa kromosomen i närvaro av element B, och element B i närvaro av element C. Element C själva fördelas i populationen genom normal arv, och överförs till endast hälften av avkomman.
Parning av genetiskt modifierade insekter med vilda myggor kommer att leda till att alla avkommor kommer att bära element A och B, men bara halva element C. Som ett resultat kommer enligt arvlagarna först att snabbt spridas i befolkningen, och efter en viss mängd generationer, element C försvinner praktiskt taget, följt av element B och slutligen A. Spridningen av den mutanta genen beror på hur många insekter som släpps ut i den naturliga miljön. Du kan se till att nästan alla individer som bor i ett visst territorium kommer att vara bärare av mutationen, men i en större befolkning kommer generna inte att kunna spridas. Om försöken är framgångsrika kommer frågan om att tillämpa tekniken där det finns ett klart hot mot människors hälsa från malaria mygg uppstå allvarligt.
Allt är beslutat
Vissa ideella organisationer, som jordens vänner och rådet för ansvarsfull genetik, har uttalat sig mot gendrivning och kallat det genutsläppsteknologi. De föreslog att införa ett moratorium. I december 2016 godkände emellertid parterna i FN: s konvention om biologisk mångfald användning av gendrivkraften och krävde försiktighet i fältförsök.
Foto: Public Domain / Wikimedia
I vissa länder har tekniken redan testats. Resultat från fem fältförsök som gjordes från 2011 till 2014 i Panama, Caymanöarna och den nordöstra brasilianska staten Bahia visade att antalet myggar hade minskat med 90 procent. Nu håller Brasilien på att släppa miljoner genetiskt modifierade insekter för att bekämpa Zika, dengue, gul feber och chikungunya.
Så har möjligheten att påverka naturliga ekosystem genom genteknik bevisats. Men är det möjligt att modifiera mänskliga genom direkt för att bli av med ärftliga sjukdomar? Eller gör människor immun mot Plasmodium malaria?
I februari 2017 publicerade de amerikanska nationella akademierna för vetenskap och medicin en rapport där experter tillät människors DNA för att bekämpa mutationer som orsakar allvarliga störningar i kroppen. I själva verket betyder detta att korrigera defekta gener i mänskliga embryon. Detta hjälper dig att hantera sjukdomar som Huntingtons chorea eller dödlig familjär sömnlöshet. Användningen av genteknologier kommer emellertid att begränsas till populationer av vilda djur, eftersom deras användning i människor inte bara ifrågasätts ur etisk synvinkel, utan också opraktisk: genen kommer att spridas för långsamt.
Alexander Enikeev
