Созданы синтетические SPECIES для использования в качестве контролируемого генного драйва
CRISPR-технологии предлагают огромный потенциал для улучшения здоровья и безопасности человека — от искоренения болезней до укрепления продовольственной безопасности. Например, CRISPR-генные драйвы, созданные для распространения определенных признаков в целевых популяциях, разрабатываются для остановки передачи таких разрушительных болезней, как малярия и лихорадка денге.
Однако многие ученые и этики выражают обеспокоенность по поводу неконтролируемого распространения генного драйва. Как ученые могут предотвратить его бесконтрольное распространение в дикой природе?
Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего и их коллеги разработали генный драйв со встроенным генетическим барьером, предназначенным для сохранения контроля. Лаборатория молекулярного генетика Омара Акбари создала синтетические виды мух, которые при выпуске в достаточном количестве действуют как локально распространяющиеся генный драйв, который можно обратить вспять при необходимости.
Исследователи описывают свою разработку SPECIES (Synthetic Postzygotic barriers Exploiting CRISPR-based Incompatibilities for Engineering Species) как инновацию, доказавшую концепцию, которую можно перенести на другие виды, например, насекомых-переносчиков болезней. Распространение генного драйва для ограничения вредителей, уничтожающих ценные сельскохозяйственные культуры, — еще один пример потенциального применения SPECIES.
«Генные драйвы потенциально могут распространяться за пределы намеченных границ, и ими трудно управлять. SPECIES предлагает способ контролировать популяции очень безопасным и обратимым образом», — сказал Акбари, старший автор статьи в журнале Nature Communications.
Идея создания SPECIES отражает процесс образования новых видов в природе. Когда представители одного вида разделяются (например, из-за нового образования суши или другого геологического события), со временем может эволюционировать новый вид. Если он вернется к спариванию с исходным видом, это может привести к нежизнеспособному потомству из-за биологических изменений — явление, известное как репродуктивная изоляция.
Работая с видом мух Drosophila melanogaster, исследователи использовали CRISPR для создания мух с системами SPECIES, которые репродуктивно несовместимы с дикими версиями D. melanogaster.
«Хотя видообразование постоянно происходит в природе, создание нового искусственного вида — довольно сложная задача биоинженерии. Прелесть подхода SPECIES в том, что он упрощает процесс, давая нам определенный набор инструментов для элегантного запуска видообразования в любом организме», — сказала ведущий автор Анна Букман.
Концептуально, когда SPECIES выпускаются в дикую природу в достаточном количестве, они могут контролируемо распространяться по популяции и замещать своих диких собратьев. Например, можно создать комаров SPECIES с генетическим элементом, делающим их неспособными передавать малярию.
«Вы можете распространить антималярийный SPECIES в целевой популяции контролируемым и ограниченным способом. Поскольку SPECIES несовместимы с дикими комарами, их популяцию можно контролировать и обратить вспять, удерживая ее порог ниже 50%. Это дает возможность ограничить и обратить его распространение при желании», — пояснил Акбари.
После того как барьер SPECIES выполнит свою роль по временному замещению диких популяций, их численность можно сократить, повторно введя дикие популяции.
«Это, по сути, позволяет нам использовать всю мощь генного драйва — например, для борьбы с болезнями или защиты урожая — без высокого риска неконтролируемого распространения», — заключил Акбари.