A tudósok olyan genetikai fegyvereket fejlesztettek ki, amelyek képesek az egész organizmusfajt megtörölni a Föld felszínéről. A génhajtó technológiáról szól, amely lehetővé teszi a káros mutációk terjedését az állatpopulációkban. A természetvédelmi szervezetek tiltakozása ellenére ez a megközelítés azonban nagy hasznot hozhat az emberek számára a veszélyes betegségek felszámolása révén. A "Lenta.ru" arról szól, hogy a tudósok hogyan fognak küzdeni a malária ellen módosított szúnyogok segítségével.
DNS szabotőrök
A malária a Plasmodium nemzetség parazita egysejtű organizmusai által okozott fertőző betegségek csoportja. Az emberi vérbe kerülnek, amikor az Anopheles női szúnyogok, más néven malária szúnyogok megharapják őket. Ezek a rovarok az egész világon elterjedtek, kivéve Antarktisz, a Távol-Észak és Kelet-Szibéria. A malária elsősorban Afrikában, és mindenekelőtt a gyermekekben van. A malária évente közel fél millió embert öl meg, az áldozatok többsége öt év alatti gyermekek.
A tudósok már évek óta elgondolkodnak azon, hogy a malária legyőzésére milyen géntechnológiát alkalmaztak. Az egyik módszer a gének bevezetése a szúnyogokba, amelyek megakadályozzák a Plasmodium betelepedését bennük. De van egy probléma. Tegyük fel, hogy több ezer biztonságos malária szúnyogot hozunk létre, és a környezetbe engedjük őket. Hogyan lehet a kívánt gént elterjedni vadonban?
A géntechnológiával módosított szúnyogok két példányban tartalmazzák a malária elleni gént (mindegyik kromoszómában egyet). Az utódok csak a kromoszómák egyikét (amelyik az esetet dönt) öröklik. Ezért, ha megváltozott szúnyog és vadon élő egyéni társ a kívánt gén nélkül, akkor a génnek csak egy példánya kerül az utódokra. És a szúnyogok következő generációjának csak körülbelül a fele kapja meg ezt a másolatot (mivel a mutáns kromoszóma 50 százaléka örökölt). Ennek eredményeként az antimaláriás gének fokozatosan eltűnnek a lakosságból - a természetes szelekció valószínűleg nem támogatja őket.
A génhajtásnak nevezett technika felhasználható a gén vadon élő populációból történő eltávolításának (eliminációjának) megakadályozására. Ez azt jelenti, hogy valamelyik kromoszómából a másikra átmásoljuk a szükséges gént. Akkor az a szervezet, amelyben csak egy génkopió volt, két példányt szerez, és 100% -os valószínűséggel továbbadja utódainak. Hogy történik?
Promóciós videó:
Az egyik módszer a restrikciós endonukleázok használata, az enzimek, amelyek a DNS kettős szálát elvágják egy adott helyen. Ha megszakít a kromoszómában, akkor megkezdődik a helyreállítása. Ennek során a szomszédos kromoszómából egy érintetlen szakaszt lemásolják a vágott láncba. Az endonukleázok azonban vágást hajtanak végre, ha "felismerik" a nukleotidok egy adott kombinációját. A kromoszómán sok ilyen kombináció létezhet, ezért fennáll annak a kockázata, hogy a kromoszómát sok darabra vágjuk. Ez, valamint más tényezők megnehezítik a restrikciós endonukleázok alkalmazását a génhajtáshoz.
A CRISPR / Cas9 technológia képes ezeknek az enzimeknek a helyettesítésére, amely lehetővé teszi számunkra, hogy pontosan a szükséges helyen megyünk be. A Cas9 nukleáz megszakítja a DNS kettős szálát az RNS vezető vagy az sg RNS által "jelzett" helyen (célhelyen). Ez egy olyan rövid nukleinsavmolekula, amely komplementer a célponthoz, ezért egy elég hosszú RNS-útmutató szintetizálásával minimalizálható a rossz helyre történő vágás valószínűsége.
2015-ben a London Imperial College tudósai létrehoztak egy génmeghajtót a CRISPR / Cas9 felhasználásával, amely elősegíti a malária szúnyogok meddőségét okozó mutáció terjedését. Azok a nőstények, akiknek mutáns génje van mindkét kromoszómában, sterilek, és a férfiak elterjeszthetik azt a populációban. Ily módon nemcsak az Anopheles populációját olyan szintre lehet csökkenteni, amelyen a Plasmodium malária fertőzés ritka lesz, hanem a peszticidekkel szembeni rezisztencia kialakulásának leküzdésére és az invazív fajok megsemmisítésére is.
Gén apokalipszis
Aggodalmak vannak azonban amiatt, hogy a gén ellenőrizetlen elterjedése nem kívánt következményeket okozhat a vadon élő állatokban. James Collins, az arizonai állami egyetem evolúciós ökológusa szerint a Science interjújában nem ismert, hogy a génhajtás hogyan befolyásolja a populáció dinamikáját és az ökoszisztéma egészségét. Például egy faj teljes pusztulása vagy akár számuk jelentős csökkenése más fajok elterjedéséhez vezet. Ezért a módosított szúnyogokat az összes kockázat figyelembevétele nélkül nem szabad szabadon szabadon bocsátani a vadba. Hogyan lehet kipróbálni egy génmeghajtót, ha a teszteléshez rovaroknak kell lennie vadonban?
James Collins
A tudósok ezt a problémát Catch-22-nek hívják, mert annak megoldása ellentmond önmagának. A Harvard Egyetem és a Massachusetts Technológiai Intézet biológusai azonban kitalálták, hogyan lehetne biztosítani azt, hogy a génmeghajtás először elősegítse a mutáns gén terjedését, és néhány generáció után az eltűnéséhez vezetjen.
A lényeg az, hogy a szükséges DNS darab másolása az egyik kromoszómából a másikra lépésekben történik. A génhajtást három elem hajtja, amelyek mindegyike egy vagy több gént tartalmaz. Az A elemet lemásolják és beillesztik a homológ kromoszómába a B elem jelenlétében, a B elemet a C elem jelenlétében. A C elem maga a populációban szokásos öröklés útján oszlik meg, és az utódoknak csak a felére adódik.
A géntechnológiával módosított rovarok vad szúnyogokkal történő párosítása ahhoz vezet, hogy minden utód az A és B elemeket hordozza, de ezeknek csak a fele hordozza a C elemet. Ennek eredményeként az öröklési törvények szerint az A és B először gyorsan elterjednek a populációban, és egy bizonyos mennyiség után generációk után a C elem gyakorlatilag eltűnik, ezt követi a B elem és végül az A. elem. A mutáns gén terjedése attól függ, hogy hány rovar kerül a természetes környezetbe. Gondoskodhat arról, hogy egy adott területen élő szinte minden egyén a mutáció hordozója legyen, de egy nagyobb populációban a gének nem képesek terjedni. Ha a kísérletek sikeresek, akkor komolyan felmerül a technológia alkalmazásának kérdése, ha a malária szúnyogok egyértelmű veszélyt jelentenek az emberi egészségre.
Minden eldöntött
Néhány nonprofit szervezet, például a Föld barátai és a Felelősségteljes Genetika Tanácsa felszólalt a génhajtás ellen, génkioltási technológiának hívva. Javasolták a moratórium bevezetését. Az ENSZ biológiai sokféleségről szóló egyezményének részes felei azonban 2016 decemberében jóváhagyták a génhajtás alkalmazását, óvatosságot sürgetve a terepi kísérletek során.
Fotó: Public Domain / Wikimedia
Egyes országokban a technológiát már tesztelték. A Panamában, a Kajmán-szigeteken és Brazília északkeleti részén, Bahia államban 2011-2014 között elvégzett öt terepi vizsgálat eredményei azt mutatták, hogy a vad szúnyogok száma 90 százalékkal csökkent. Most Brazília géntechnológiával módosított rovarok millióit engedi szabadon a Zika, a dengue, a sárga láz és a chikungunya ellen.
Tehát bebizonyosodott a természetes ökoszisztémák géntechnológiával történő befolyásolásának lehetősége. Lehetséges azonban az emberi genomok közvetlen módosítása az örökletes betegségektől való megszabadulás érdekében? Vagy immunizálja az embereket a plazmodium malária ellen?
Az Egyesült Államok Nemzeti Tudományos és Orvostudományi Akadémiája 2017 februárjában jelentést tett közzé, amelyben a szakértők megengedték az emberek DNS-jének megváltoztatását a testben súlyos zavarokat okozó mutációk elleni küzdelem érdekében. Valójában ez azt jelenti, hogy kijavítják a hibás géneket az emberi embriókban. Ez segít megbirkózni olyan betegségekkel, mint a Huntington-féle chorea vagy a végzetes családi álmatlanság. A génmeghajtó technológiák alkalmazása azonban a vadon élő állatok populációira korlátozódik, mivel ezek alkalmazása emberben nem csak etikai szempontból megkérdőjelezhető, hanem kivitelezhetetlen is: a gén túl lassan terjed.
Alexander Enikeev