Новые технологии генного драйва вызывают надежды и опасения

Исследователи из Корнеллского университета с помощью математических моделей проанализировали перспективы и потенциальные риски нового механизма редактирования генома — генного драйва.

Механизм, долгое время обсуждавшийся теоретически, был недавно продемонстрирован в лабораториях Калифорнийского университета в Сан-Диего на плодовых мушках с использованием технологии редактирования генома CRISPR. Генный драйв может позволить контролировать, например, малярийных комаров или устойчивых к пестицидам вредителей, внося мутацию (аллель) в несколько особей популяции, чтобы она быстро распространилась по всей популяции.

Однако исследователи опасаются непреднамеренных последствий, таких как распространение гена на нецелевые виды. В статье в журнале Genetics подчёркивается необходимость тщательного изучения популяционной динамики искусственных систем генного драйва.

Математическая модель показала:

• Время, за которое аллели CRISPR распространяются и закрепляются в популяции, составляет порядка десятков поколений — "невероятно быстро" по сравнению с естественным отбором, где полезный ген может достигать высокой частоты за сотни поколений.
• Введённый аллель с большей вероятностью закрепится, если он эффективно преобразует соответствующий аллель в свою копию, а фитнес-стоимость (вред для приспособленности особи) невелика.
• При допущении, что аллель CRISPR идеально преобразует соответствующий аллель, а его фитнес-стоимость снижает репродуктивный успех особи на 40%, одна мутация, введённая в одну особь, распространилась на всю популяцию почти в трети случаев.

Это вызывает опасения: аллель, предназначенный, например, для комаров — переносчиков лихорадки денге, может перейти к родственному виду, который не питается на людях. Большую озабоченность вызывает потенциальный перенос гена CRISPR через клещей или ос к медоносным пчёлам.

Технология CRISPR, изначально являющаяся частью бактериального иммунного ответа, была адаптирована для точного редактирования любых генов. Исследователи UCSD разработали, как с помощью автономной системы CRISPR редактировать ген так, чтобы он нёс это изменение и передавал его потомству, создавая две точные копии у эмбриона. Это позволяет распространять в популяции гены, несущие, например, стерильность самцов, что крайне маловероятно при естественном отборе.

"Мы так многого не знаем, но это и так многообещающе. Никто не занимался таким моделированием, поэтому мы над этим работаем", — отметил первый автор статьи Роб Анклесс.