Учените са разработили генетични оръжия, способни да изтрият цели видове организми от лицето на Земята. Става дума за технологията за генно задвижване, която позволява разпространението на вредни мутации в популациите от животни. Въпреки протестите на организациите за опазване на околната среда, този подход може да бъде от голяма полза за хората чрез премахване на опасни заболявания. "Lenta.ru" говори за това как учените ще се борят с маларията, използвайки модифицирани комари.
ДНК саботьори
Маларията е група от инфекциозни заболявания, причинени от паразитни едноклетъчни организми от рода Plasmodium. Те влизат в човешката кръв, когато са ухапани от женски комари Anopheles, известни още като маларийни комари. Тези насекоми са разпространени по целия свят, с изключение на Антарктида, Далечния Север и Източен Сибир. Най-вече маларията е болна в Африка и най-вече - деца. Малярията убива почти половин милион души всяка година, като повечето от жертвите са деца под петгодишна възраст.
Учените обмислят как генетично разработено да победи маларията от няколко години. Един от начините е да се въведат гени в комари, които ще попречат на Plasmodium да се засели в тях. Но има проблем. Да речем, че създаваме няколко хиляди безопасни маларийни комари и ги изпускаме в околната среда. Как да осигурим разпространението на желания ген в природата?
Генетично модифицираните комари ще имат две копия на антималарийния ген (по едно на всяка хромозома). Само една от хромозомите (която решава случая) се наследява от потомството. Следователно, ако променен комар и дива индивидуална половинка без желания ген, само едно копие на гена ще премине на потомството. И само около половината от следващото поколение комари ще получат това копие (тъй като мутантната хромозома е 50 процента наследствена). В резултат на това антималарийните гени постепенно ще изчезнат от популацията - естественият подбор е малко вероятно да ги подкрепи.
Техника, известна като генно задвижване, може да се използва за предотвратяване на елиминирането (елиминирането) на ген от дивата популация. Той се състои в някакво копиране на нужния ни ген от една хромозома в друга. Тогава организъм, който е имал само едно копие на гена, ще придобие две копия и ще го предаде на своето потомство със 100% вероятност. Как се прави?
Промоционално видео:
Един от начините е да се използват рестрикционни ендонуклеази, ензими, които правят разрез в двойна верига ДНК на конкретно място. Ако направите прекъсване на хромозомата, тогава процесът на нейното възстановяване ще започне. По време на него непокътнат участък от съседната хромозома се копира в отрязаната верига. Ендонуклеазите обаче правят разрез, ако „разпознаят“специфична комбинация от нуклеотиди. В една хромозома може да има много такива комбинации, така че рискуваме да разрежем хромозомата на много парчета. Това, както и други фактори, усложнява използването на рестрикционни ендонуклеази за генно шофиране.
Технологията CRISPR / Cas9 е в състояние да замести тези ензими, което ни позволява да направим разрез точно на мястото, от което се нуждаем. Нуклеазата на Cas9 ще направи разкъсване на двойната верига на ДНК на мястото (целевото място), „посочено“от ръководството на РНК или sg-РНК. Това е толкова къса молекула на нуклеиновата киселина, която допълва целевия сайт, следователно чрез синтезиране на достатъчно дълъг водач на РНК вероятността от разрязване на неправилното място може да бъде сведена до минимум.
През 2015 г. учени от Imperial College London създадоха генен драйв, използвайки CRISPR / Cas9, който насърчава разпространението на мутация, която причинява безплодие при маларийните комари. Женските с мутантен ген и на двете хромозоми са стерилни и мъжете могат да го разпространят в популацията. По този начин е възможно не само да се намали популацията на Anopheles до ниво, при което инфекцията с Plasmodium малария ще стане рядка, но и да се бори с развитието на устойчивост на пестициди и унищожаване на инвазивни видове.
Генен апокалипсис
Съществуват обаче опасения, че неконтролираното разпространение на гена може да причини нежелани последствия в дивата природа. Според еволюционния еколог Джеймс Колинс от Аризонския държавен университет в интервю за Science не се знае как генетичният нагон ще повлияе на динамиката на популацията и здравето на екосистемата. Например, пълното унищожаване на вид или дори силен спад в числеността води до разпространението на други видове. Следователно модифицираните комари не трябва да се пускат в природата, без да се отчитат всички рискове. Как обаче можете да тествате генен драйв, ако самото тестване изисква насекомите да бъдат в природата?
Джеймс Колинс
Учените наричат този проблем Catch-22, защото неговото решение противоречи на себе си. Въпреки това, биолози от Харвардския университет и Масачузетския технологичен институт са измислили как да се уверят, че генният нагон може първо да насърчи разпространението на мутантния ген и след няколко поколения да доведе до неговото изчезване.
Въпросът е, че копирането на необходимото парче ДНК от една хромозома в друга става на стъпки. Задвижването на гените се задвижва от три елемента, всеки от които се състои от един или повече гени. Елемент А се копира и се вмъква в хомоложната хромозома в присъствието на елемент В, а елемент В в присъствието на елемент С. Самият елемент С се разпределя в популацията чрез нормално наследяване, като се предава само на половината от потомството.
Чифтосването на генетично модифицирани насекоми с диви комари ще доведе до факта, че всички потомци ще носят елементи А и В, но само половин елемент С. В резултат на това, според законите на наследство, А и В първо бързо ще се разпространят в популацията и след определено количество поколения, елемент С практически ще изчезне, последван от елемент В и накрая А. Разпространението на мутантния ген ще зависи от това колко насекоми се отделят в естествената среда. Можете да сте сигурни, че почти всички индивиди, живеещи на определена територия, ще бъдат носители на мутацията, но при по-голяма популация гените няма да могат да се разпространяват. Ако изпитанията са успешни, сериозно ще възникне въпросът за прилагането на технологията, когато има ясна заплаха за здравето на хората от маларийните комари.
Всичко е решено
Някои организации с нестопанска цел, като Приятели на Земята и Съветът за отговорна генетика, се изказаха срещу генетичния стремеж, наричайки го технологията за изчезване на гени. Те предложиха въвеждане на мораториум. Въпреки това през декември 2016 г. страните по Конвенцията на ООН за биологичното разнообразие одобриха използването на генотипа, призовавайки за повишено внимание при полеви изпитвания.
Снимка: Public Domain / Wikimedia
В някои страни технологията вече е тествана. Резултатите от пет теренни проучвания, проведени от 2011 до 2014 г. в Панама, Каймановите острови и североизточната бразилска държава Баия, показаха, че числеността на дивите комари е спаднала с 90 процента. Сега Бразилия е на път да пусне милиони генетично модифицирани насекоми за борба със Зика, денга, жълта треска и чикунгуня.
Така че е доказана възможността за въздействие върху природните екосистеми чрез генно инженерство. Възможно ли е обаче да се променят човешките геноми директно, за да се отървете от наследствените заболявания? Или да направят хората имунизирани срещу плазмодиевата малария?
През февруари 2017 г. Националните академии на науките и медицината на САЩ публикуваха доклад, в който експерти позволиха ДНК на хората да бъдат променени за борба с мутациите, които причиняват сериозни нарушения в организма. Всъщност това означава коригиране на дефектни гени в човешки ембриони. Това ще ви помогне да се справите със заболявания като хорея на Хънтингтън или фатално фамилно безсъние. Използването на технологии за генно задвижване обаче ще бъде ограничено до популации от диви животни, тъй като използването им при хора е не само под въпрос от етична гледна точка, но и непрактично: генът ще се разпространява твърде бавно.
Александър Еникеев