Биологи из Гарвардского университета и Массачусетского института технологии разработали способ, который позволит контролировать распространение искусственных мутаций в диких популяциях животных и бактерий. С помощью этого метода ученые хотят проверить эффективность генного драйва в истреблении малярийных комаров. Препринт статьи опубликован на сайте BioRxiv.
Узнайте больше в полной версии ➞Генный драйв (gene drive) — метод, который позволяет быстро распространить измененный человеком ген в дикой популяции животных или растений. Например, искусственная мутация могла бы уменьшить плодовитость и, соответственно, численность малярийных комаров, что помогло бы спасти множество человеческих жизней. Однако неизвестно, как отразится уничтожение популяции на окружающей среде. Ученые называют данную проблему Уловкой-22, поскольку ее решение противоречит самому себе: чтобы проверить генный драйв на безопасность, нужно распространить мутации в естественной среде.
Ученые предложили выход из порочного круга. Они придумали, как сделать так, чтобы генный драйв мог сам себя ограничить, сначала способствуя распространению мутантного гена, а через несколько поколений приводя к его исчезновению.
Идея исследователей заключается в том, чтобы осуществлять генный драйв с помощью трех ДНК-элементов, каждый из которых состоит из одного или нескольких генов. Элемент А осуществляет свое копирование и вставку в гомологичную хромосому при наличии элемента В, а элемент В копирует и вставляет себя в присутствии элемента С. Сам элемент С распространяется в популяции через обычное наследование, передаваясь только половине потомства.
Если ученые выпустят тысячи комаров, которые несут в себе все три элемента, то спаривание генномодифицированных насекомых с дикими комарами приведет к тому, что все потомство будет нести в себе элементы А и В, но только половина — элемент С. В результате, по законам наследования, А и В сначала быстро распространятся в популяции, однако через некоторое количество поколений практически исчезнет элемент С, за ним элемент В и, наконец, А.
Биологи планируют провести первые испытания генного драйва на нематодах. По словам ученых, распространение мутантного гена будет зависеть от того, сколько животных будет выпущено в естественную среду. Можно сделать так, что носителями мутации окажутся практически все особи, живущие на определенной территории, однако в более крупной популяции гены распространиться не смогут. Если испытания окажутся успешными, всерьез встанет вопрос о применении технологии в местах, где есть явная угроза здоровью людей со стороны малярийных комаров.
Для создания генного драйва используется технология CRISPR. Если один из родителей особи был носителем мутантного гена, то он может передать его своему потомку с 50-процентной вероятностью. Это происходит потому, что у родителя есть две копии гена, только одна из которых является дефектной. Однако CRISPR способна скопировать мутантный фрагмент и вставить его в здоровый ген. Тем самым потомки получают мутацию со 100-процентной вероятностью.