Навукоўцы стварылі генетычную зброю супраць жывёл і людзей. Наколькі яна небяспечная?
Малекулярныя біёлагі з Каліфарнійскага ўніверсітэта ў Сан-Дыега ўпершыню паспяхова выпрабавалі тэхналогію геннага драйву на сысунах — мышах. Да гэтага часу дадзены метад, прызначаны для распаўсюджвання мутантных генаў у папуляцыі жывёл, тэсціравалі толькі на насякомых. Чакаецца, што генны драйв дазволіць кантраляваць колькасць пэўных відаў або цалкам знішчаць іх. «Лента.ру» распавядае, у чым заключаецца гэтая тэхналогія, навошта яна патрэбна і наколькі яна небяспечная для людзей.
Разгон генаў
Сутнасць геннага драйву заключаецца ў змене імавернасці, з якой патомства можа ўспадкаваць пэўны ген. У прыродзе гэтая імавернасць складае 50 адсоткаў. У саматычных клетках млекакормячых знаходзіцца двайны набор храмасом, якія перанятыя ад маці і ад бацькі (такія пары храмасом называюцца гамалагічнымі), але ў палавыя клеткі — яйкаклеткі і сперматазоіды — трапляе толькі матчына ці толькі бацькаўская храмасома (з аднолькавай імавернасцю). Можна ўкараніць мутантны ген ў арганізм, але ёсць толькі адзін шанец з двух, што ён перадасца нашчадкам. Натуральны адбор можа дапамагчы мутацыі распаўсюдзіцца ў вялікай папуляцыі, але для гэтага яна павінна быць карыснай для арганізма, павялічваючы яго шанцы на выжыванне. Да таго ж яе распаўсюджванне зойме вельмі шмат часу.
Аднак генны драйв дазваляе павялічыць шанцы на наследаванне мутацыі амаль да ста працэнтаў. Адбываецца генная канверсія, то бок мадыфікаваны ген проста капіюецца з адной гамалагічнай храмасомы ў іншую, у выніку нашмат больш палавых клетак гатовыя перадаць нашчадкам мутацыю. З цягам часу амаль уся папуляцыя можа несці ў сабе змененую ДНК. Поспех гэтага метаду залежыць ад шэрагу фактараў, уключаючы ступень панміксіі (наколькі асобіны скрыжоўваюцца паміж сабой) і частаты геннай канверсіі, якая павінна складаць каля 90 адсоткаў. У гэтым выпадку генны драйв можа спрыяць распаўсюджванню нават шкодных мутацый, калі яны не занадта моцна зніжаюць рэпрадуктыўны поспех асобіны.
Сістэма геннага драйву была паспяхова выпрабаваная на насякомых. Мяркуецца, што яе выкарыстаюць у барацьбе з распаўсюджваннем малярыі. У камароў і маскітаў ўкарэняць гены, якія пазбавяць іх здольнасці пераносіць малярыйны плазмодый, і выпусцяць мадыфікаваных насякомых ў навакольнае асяроддзе, дзе яны будуць свабодна злучацца са сваімі суродзічамі. Чакаецца, што, калі геннаму драйву падвергнуць адзін працэнт папуляцыі дзікіх насякомых, то небяспечная інфекцыя будзе знішчаная на працягу года.
Супраць каго ваюем
Да гэтага часу генны драйв ня выпрабоўваўся на млекакормячых, хоць прапаноўвалася выкарыстоўваць гэтую тэхналогію для барацьбы з інвазіўным відамі, відамі жывёл, якія былі выпадкова ці наўмысна занесены ў новыя для іх месцы рассялення, дзе яны пагражаюць мясцовым відам.
Найбольш востра праблема інвазіўных відаў стаіць у Аўстраліі і Новай Зеландыі, дзе экасістэмы наводненыя сысунамі-шкоднікамі з іншых мацерыкоў: пацукамі, мышамі, гарнастаямі, трусамі і апосумамі. Яны размножваюцца, выцясняючы мясцовых сумчатых і падрываючы іх кармавую базу. Яны таксама знішчаюць расліннае покрыва, узмацняючы эрозію і разбурэнне глеб. Многія меры па зніжэнні колькасці тых жа трусоў — адстрэл, разбурэнне нор, выкарыстанне атруты і пастак і нават плот — пацярпелі няўдачу, пакуль людзі не ўжылі на той момант самы дзейсны сродак — амаль што сапраўдную біялагічную зброю.
Гаворка ідзе пра вірус міксомы, які выклікае міксаматоз, і кальцывірус — узбуджальнікаў гемарагічнай хваробы трусоў. Міксома спрыяла значнаму скарачэнню папуляцыі трусоў, паколькі прыводзіла да гібелі амаль усіх заражаных асобін. На жаль, празмерная агрэсія віруса, карысная для барацьбы з жывёламі, паступова прыпынілася. Інфекцыйнаму агенту не выгадна хутка забіваць свайго гаспадара, бо ён не паспявае заразіць іншага і распаўсюдзіцца больш шырока. Таму вірусы эвалюцыянуюць у бок змякчэння сваіх патагенных уласцівасцяў. У сваю чаргу ў трусаў таксама павысілася неўспрымальнасць да хваробы.
У кальцывіруса таксама аказаліся свае недахопы. Ён добра забіваў трусаў ва ўмовах моцнай спёкі, а вось у больш мяккім клімаце стаў менш эфектыўным і спрыяў імунізацыі жывёл супраць сваёй агрэсіўнай формы.
Тут генны драйв і прыходзіць на дапамогу. Яго можна выкарыстоўваць для распаўсюджвання ўспрымальнасці інвазіўнага віду да вірусаў і пестыцыдаў, пазбаўлення яго ўстойлівасці да розных захворванняў, — і такім чынам не даць папуляцыі некантралюема разрастацца, або ў канчатковым выніку цалкам знішчыць яе.
Усё складана
Аднак генны драйв у млекакормячых аказалася складаней ажыццявіць, чым у насякомых. У новай працы даследнікі выкарысталі сістэму CRISPR /Cas9, якая дазваляе разрэзаць ДНК у патрэбным месцы, а клетка сама капіюе ў месца разрэзу неабходны ўчастак геному, каб аднавіць пашкоджаную ланцужок. Гэты ўчастак геному павінен быць гамалагічны згубленаму, таму даследнікі атрымліваюць магчымасць атрымаць дзве копіі аднаго гена.
Навукоўцы стварылі генетычна мадыфікаваных мышэй, укараніўшы ў ген Tyr кадавальны фермент ціразіназу, ДНК-элемент, названы CopyCat. У выніку Tyr перастае кадзіраваць правільную амінакіслотную паслядоўнасць ціразіназы, якая ўдзельнічае ў сінтэзе меланіну, і мышы становяцца альбіносамі. Акрамя таго, CopyCat ўтрымлівае гідаваю РНК, якая паказвае ферменту Cas (які з'яўляецца «нажніцамі») на непашкоджаны ген Tyr, які знаходзіцца на гамалагічнай храмасоме, і спрыяе яго разразанню.
Аднак замест таго каб «аднавіць» разрэзаны ген Tyr з дапамогай копіі CopyCat, клетка можа папросту яшчэ мацней абрэзаць і «пашыць» канцы ДНК, выклікаючы непажаданую мутацыю. Каб высветліць, які механізм ажыццяўляецца, навукоўцы пайшлі на хітрасць. Яны скрыжавалі чорную мыш, якая мае адну копію гена Tyr з CopyCat, з мышшу, якая нясе іншую падвойную мутацыю, якая выклікае альбінізмам. У гэтым выпадку павінна атрымаецца тры тыпы нашчадкаў: чорныя мышы з генам альбінізму і некранутым Tyr, белыя мышы з генам альбінізму і абрэзаным Tyr і белыя мышы з генам альбінізму і CopyCat. Аднак навукоўцы вар'іравалі час актывацыі Cas9 ў эмбрыёна. Аказалася, што дамагчыся капіявання CopyCat у 86 працэнтах выпадкаў можна толькі ў пэўны этап развіцця плода жаночага полу.
Па словах аўтараў, вынікі даследавання дэманструюць, што казаць аб выкарыстанні геннага драйву для барацьбы з інвазіўнымі сысунамі пакуль заўчасна. Гэты метад працуе не так проста як у насякомых і патрабуе захавання строгіх умоў. Таму, каб дамагчыся хоць нейкага жаданага эфекту, неабходна працягваць эксперыменты і паляпшаць метады, на што спатрэбіцца яшчэ шмат часу. Навукоўцы падкрэсліваюць, што генны драйв цалкам можа стаць генетычнай зброяй, таму патрабуецца ўлічваць усе рызыкі пры распрацоўцы, папярэджваючы магчымы ўплыў на навакольнае асяроддзе і чалавека. Аднак пакуль пра гэта казаць заўчасна.
СК назваў імёны тых, хто скінуў выбухоўку на базу АМАПа ў Мінску ў 2021 годзе9
Каментары