Vědci vyvinuli genetické zbraně, které jsou schopny vyhladit celý druh organismů z povrchu Země. Jde o technologii genové jednotky, která umožňuje šíření škodlivých mutací v populacích zvířat. I přes protesty organizací na ochranu životního prostředí však tento přístup může být velkým přínosem pro lidi tím, že odstraní nebezpečné choroby. "Lenta.ru" hovoří o tom, jak vědci bojují proti malárii pomocí modifikovaných komárů.
DNA sabotéři
Malárie je skupina infekčních chorob způsobených parazitickými jednobuněčnými organismy rodu Plasmodium. Vstupují do lidské krve, když je pokousali samice komárů Anopheles, také známé jako komáry malárie. Tento hmyz se šíří po celém světě, s výjimkou Antarktidy, Dálného severu a východní Sibiře. Především je malárie v Africe nemocná a především - děti. Malárie každoročně zabije téměř půl milionu lidí, přičemž většina obětí jsou děti do pěti let.
Vědci už několik let přemýšlejí o tom, jak geneticky upravené k porážce malárie. Jedním ze způsobů je zavedení genů do komárů, které v nich zabrání usazování Plasmodium. Ale je tu problém. Řekněme, že vytvoříme několik tisíc komárů s malárií a uvolníme je do životního prostředí. Jak zajistit šíření požadovaného genu v přírodě?
Geneticky modifikované komáři budou mít dvě kopie antimalarického genu (jednu na každém chromozomu). Pouze jeden z chromozomů (který rozhodne o případu) je potomkem zděděn. Pokud tedy změní komár a divoký jednotlivec bez požadovaného genu, bude potomkům předána pouze jedna kopie genu. A pouze asi polovina další generace komárů tuto kopii získá (protože mutantní chromozom je zděděn 50 procent). Výsledkem bude, že antimalariální geny z populace postupně vymizí - je nepravděpodobné, že by je podporoval přirozený výběr.
Technika známá jako genová jednotka může být použita k zabránění eliminace (eliminace) genu z divoké populace. Spočívá v kopírování genu, který potřebujeme, z jednoho chromozomu do druhého. Potom organismus, který měl pouze jednu kopii genu, získá dvě kopie a s pravděpodobností 100% ji předá svému potomstvu. Jak se to dělá?
Propagační video:
Jedním ze způsobů je použití restrikčních endonukleáz, enzymů, které dělají řez ve dvou řetězcích DNA na konkrétním místě. Pokud uděláte přestávku v chromozomu, začne proces jeho obnovy. Během toho je do řezaného řetězce zkopírována neporušená část ze sousedního chromozomu. Endonukleázy však dělají řez, pokud "rozpoznají" specifickou kombinaci nukleotidů. Na chromozomu může být mnoho takových kombinací, takže riskujeme rozřezání chromozomu na mnoho kusů. To, stejně jako další faktory, komplikují použití restrikčních endonukleáz pro genovou jednotku.
Technologie CRISPR / Cas9 je schopna tyto enzymy nahradit, což nám umožňuje provést řez přesně na místě, které potřebujeme. Nukleáza Cas9 způsobí zlom ve dvouřetězcovém řetězci DNA v místě (cílové místo) „indikovaném“RNA průvodcem nebo sg-RNA. Je to taková krátká molekula nukleové kyseliny, která je komplementární k cílovému místu, a proto syntézou dostatečně dlouhého průvodce RNA lze pravděpodobnost řezání na nesprávném místě minimalizovat.
V roce 2015 vědci z Imperial College London vytvořili genovou jednotku pomocí CRISPR / Cas9, která podporuje šíření mutace, která způsobuje neplodnost u komárů malárie. Samice s mutantním genem na obou chromozomech jsou sterilní a muži ho mohou šířit v populaci. Tímto způsobem je možné nejen omezit populaci Anopheles na úroveň, při které se infekce Plasmodium malárie stává vzácnou, ale také bojovat proti rozvoji rezistence vůči pesticidům a ničit invazivní druhy.
Genová apokalypsa
Existují však obavy, že nekontrolované šíření genu by mohlo způsobit neúmyslné následky v divočině. Podle evolučního ekologa Jamese Collinsa z Arizonské státní univerzity není v rozhovoru s Science známo, jak genová jednotka ovlivní populační dynamiku a zdraví ekosystémů. Například úplné zničení druhu nebo dokonce silný pokles počtu vede k šíření jiných druhů. Modifikované komáry by proto neměly být vypuštěny do volné přírody, aniž by byly vzaty v úvahu všechna rizika. Jak však můžete testovat genovou jednotku, pokud samotné testování vyžaduje, aby byl hmyz ve volné přírodě?
James Collins
Vědci tento problém nazývají Catch-22, protože jeho řešení si odporuje. Biologové z Harvardské univerzity a Massachusetts Institute of Technology však přišli na to, jak zajistit, aby genová jednotka mohla nejprve propagovat šíření mutantního genu, a po několika generacích vést k jeho zániku.
Jde o to, že kopírování požadovaného kusu DNA z jednoho chromozomu do druhého probíhá v krocích. Genová jednotka je řízena třemi prvky, z nichž každý se skládá z jednoho nebo více genů. Prvek A je zkopírován a vložen do homologního chromozomu v přítomnosti prvku B a prvku B v přítomnosti prvku C. Prvek C samotný je v populaci distribuován prostřednictvím normální dědičnosti, přičemž je přenášen pouze na polovinu potomstva.
Páření geneticky modifikovaného hmyzu s divokými komáři povede k tomu, že všichni potomci budou mít prvky A a B, ale pouze poloviční prvek C. Výsledkem bude, že podle zákonů dědičnosti se A a B nejprve rychle rozšíří v populaci a po určitém množství Generace, prvek C prakticky zmizí, následovaný prvkem B a nakonec A. Šíření mutantního genu bude záviset na tom, kolik hmyzu se uvolní do přirozeného prostředí. Můžete si být jisti, že téměř všichni jedinci žijící v určitém území budou nositeli mutace, ale ve větší populaci se geny nebudou moci šířit. Pokud budou zkoušky úspěšné, bude vážně vyvstávat otázka použití technologie, u níž existuje zřejmé ohrožení lidského zdraví z komárů malárie.
Vše je rozhodnuto
Některé neziskové organizace, jako jsou Přátelé Země a Rada pro odpovědnou genetiku, se vyslovily proti genové jednotce a nazvali ji technologií zániku genů. Navrhli zavedení moratoria. V prosinci 2016 však strany Úmluvy OSN o biologické rozmanitosti schválily použití genové jednotky a vyzývají k opatrnosti v polních pokusech.
Fotografie: Public Domain / Wikimedia
V některých zemích byla tato technologie již vyzkoušena. Výsledky pěti polních pokusů provedených v letech 2011 až 2014 v Panamě, na Kajmanských ostrovech a v severovýchodním brazilském státě Bahia ukázaly, že počet divokých komárů klesl o 90 procent. Nyní Brazílie chystá uvolnit miliony geneticky modifikovaného hmyzu k boji proti Zika, horečky dengue, žluté zimnici a chikungunya.
Byla tedy prokázána možnost ovlivnit přírodní ekosystémy pomocí genetického inženýrství. Je však možné modifikovat lidské genomy přímo, aby se zbavily dědičných chorob? Nebo učinit lidi imunními vůči Plasmodium malárii?
V únoru 2017 zveřejnily Americké národní akademie věd a lékařství zprávu, ve které odborníci povolili změnu DNA lidí tak, aby bojovali proti mutacím způsobujícím vážné narušení těla. Ve skutečnosti to znamená opravu vadných genů v lidských embryích. To vám pomůže vyrovnat se s chorobami, jako je Huntingtonova chorea nebo fatální rodinná nespavost. Použití technologií genových pohonů se však omezí na populace divokých zvířat, protože jejich použití u lidí je nejen sporné z etického hlediska, ale také nepraktické: gen se bude šířit příliš pomalu.
Alexander Enikeev