Zinātnieki ir izstrādājuši ģenētiskos ieročus, kas spēj noslaucīt veselas organismu sugas no Zemes virsmas. Runa ir par gēnu piedziņas tehnoloģiju, kas ļauj kaitīgām mutācijām izplatīties dzīvnieku populācijās. Tomēr, neraugoties uz vides organizāciju protestiem, šī pieeja var dot lielu labumu cilvēkiem, novēršot bīstamās slimības. "Lenta.ru" stāsta par to, kā zinātnieki gatavojas cīnīties pret malāriju, izmantojot modificētus odus.
DNS sabotieri
Malārija ir infekcijas slimību grupa, ko izraisa Plasmodium ģints parazītiskie vienšūnu organismi. Tie nonāk cilvēku asinīs, kad tos iekoduši Anopheles odi, kas pazīstami arī kā malārijas odi. Šie kukaiņi ir izplatīti visā pasaulē, izņemot Antarktīdu, Tālo Ziemeļu un Austrumu Sibīriju. Galvenokārt ar malāriju slimo Āfrikā, un galvenokārt - bērni. Malārija katru gadu nogalina gandrīz pusmiljonu cilvēku, lielākoties upuri ir bērni, kas jaunāki par pieciem gadiem.
Zinātnieki jau vairākus gadus domā par to, kā ģenētiski inženierijas ceļā uzveikt malāriju. Viens no veidiem ir odu ieviešana gēnos, kas neļaus Plasmodium tajos apmesties. Bet ir problēma. Teiksim, ka mēs izveidojam vairākus tūkstošus drošu malārijas odu un izlaižam tos vidē. Kā nodrošināt vēlamā gēna izplatību savvaļā?
Ģenētiski modificētiem odi būs divi pretmalārijas gēna eksemplāri (pa vienam katrā hromosomā). Pēcnācēji manto tikai vienu no hromosomām (kuras izlemj šo lietu). Tāpēc, ja mainīts ods un savvaļas indivīds mate bez vēlamā gēna, pēcnācējiem pāries tikai viens gēna eksemplārs. Un tikai aptuveni puse no nākamās odu paaudzes iegūs šo kopiju (jo mutanta hromosoma ir 50 procenti iedzimta). Rezultātā pretmalārijas gēni no iedzīvotājiem pakāpeniski izzudīs - maz ticams, ka dabiskā atlase tos atbalstīs.
Lai novērstu gēna izvadīšanu (izvadīšanu) no savvaļas populācijas, var izmantot paņēmienu, kas pazīstams kā gēnu piedziņa. Tas sastāv no nepieciešamā gēna kaut kā kopēšanas no vienas hromosomas uz otru. Tad organisms, kuram bija tikai viens gēna eksemplārs, iegūs divus eksemplārus un nodos to pēcnācējiem ar 100% varbūtību. Kā tas tiek darīts?
Reklāmas video:
Viens veids ir izmantot restrikcijas endonukleāzes, fermentus, kas noteiktā vietā sagriež DNS dubultā virkni. Ja jūs veicat pārtraukumu hromosomā, tad sāksies tā atjaunošanas process. Tās laikā neskarta sadaļa no kaimiņu hromosomas tiek kopēta sagrieztā ķēdē. Tomēr endonukleāzes veic griezumu, ja tās "atpazīst" īpašu nukleotīdu kombināciju. Hromosomā var būt daudz šādu kombināciju, tāpēc mēs riskējam sašķelt hromosomu daudzos gabalos. Tas, kā arī citi faktori, sarežģī restrikcijas endonukleāžu izmantošanu gēnu vadīšanai.
CRISPR / Cas9 tehnoloģija spēj aizstāt šos fermentus, kas ļauj mums veikt griezumu tieši vajadzīgajā vietā. Cas9 nukleāze izdarīs DNS dubultās virknes vietu (mērķa vietu), ko “norāda” RNS ceļvedis vai sg-RNS. Tā ir tik īsa nukleīnskābju molekula, kas papildina mērķa vietu, tāpēc, sintezējot pietiekami garu RNS vadotni, samazināšanas varbūtību nepareizajā vietā var samazināt.
2015. gadā Londonas Imperiālās koledžas zinātnieki izveidoja gēna piedziņu, izmantojot CRISPR / Cas9, kas veicina mutācijas izplatīšanos, kas izraisa neauglību malārijas odi. Sievietes ar mutācijas gēnu abās hromosomās ir sterili, un tēviņi to var izplatīt populācijā. Tādā veidā ir iespējams ne tikai samazināt Anopheles populāciju līdz līmenim, kurā inficēšanās ar Plasmodium malāriju kļūs reta, bet arī cīnīties pret izturību pret pesticīdiem un iznīcināt invazīvās sugas.
Gēnu apokalipse
Tomēr pastāv bažas, ka nekontrolēta gēna izplatība savvaļas dzīvniekiem var izraisīt neparedzētas sekas. Pēc evolūcijas ekologa Džeimsa Kolinsa no Arizonas štata universitātes domām, intervijā žurnālam Science nav zināms, kā gēnu virzīšana ietekmēs populācijas dinamiku un ekosistēmu veselību. Piemēram, pilnīga sugas iznīcināšana vai pat straujš skaita samazināšanās noved pie citu sugu izplatības. Tāpēc modificētus odus nedrīkst izlaist savvaļā, neapsverot visus riskus. Tomēr, kā jūs varat pārbaudīt gēna piedziņu, ja pati pārbaude prasa, lai kukaiņi atrastos savvaļā?
Džeimss Kolinss
Zinātnieki šo problēmu sauc par Catch-22, jo tās risinājums ir pretrunā pats par sevi. Tomēr Hārvarda universitātes un Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta biologi ir izdomājuši, kā pārliecināties, vai gēna piedziņa vispirms var veicināt mutanta gēna izplatīšanos un pēc dažām paaudzēm novest pie tā pazušanas.
Lieta ir tāda, ka vajadzīgā DNS gabala kopēšana no vienas hromosomas uz otru notiek pa soļiem. Gēnu piedziņu vada trīs elementi, no kuriem katrs sastāv no viena vai vairākiem gēniem. Elements A tiek kopēts un ievietots homologā hromosomā B elementa klātbūtnē, bet elements B elementa C klātbūtnē. Pats C elements tiek izplatīts populācijā normālas mantošanas ceļā, nododot to tikai pusei pēcnācēju.
Ģenētiski modificētu kukaiņu pārošanās ar savvaļas odiem novedīs pie tā, ka visi pēcnācēji nesīs elementus A un B, bet tikai pusi - elementu C. Tā rezultātā saskaņā ar mantojuma likumiem A un B vispirms ātri izplatīsies populācijā un pēc noteikta daudzuma paaudzēm, elements C praktiski izzudīs, kam sekos elements B un, visbeidzot, A. Mutanta gēna izplatība būs atkarīga no tā, cik kukaiņu nonāk dabiskajā vidē. Jūs varat pārliecināties, ka gandrīz visi indivīdi, kas dzīvo noteiktā teritorijā, būs mutācijas nesēji, bet lielākā populācijā gēni nespēs izplatīties. Ja izmēģinājumi būs veiksmīgi, nopietni rodas jautājums par tehnoloģijas izmantošanu gadījumos, kad malārijas odiem ir acīmredzami draudi cilvēku veselībai.
Viss ir izlemts
Daži bezpeļņas organizācijas, piemēram, Zemes draugi un Atbildīgās ģenētikas padome, ir pauduši nostāju pret gēnu piedziņu, nosaucot to par gēnu izmiršanas tehnoloģiju. Viņi ierosināja ieviest moratoriju. Tomēr 2016. gada decembrī ANO Konvencijas par bioloģisko daudzveidību puses apstiprināja gēnu piedziņas izmantošanu, aicinot būt piesardzīgiem izmēģinājumos uz lauka.
Foto: Public Domain / Wikimedia
Dažās valstīs šī tehnoloģija jau ir pārbaudīta. Rezultāti no pieciem lauka izmēģinājumiem, kas veikti no 2011. līdz 2014. gadam Panamā, Kaimanu salās un Brazīlijas ziemeļaustrumu daļā Bahijā, parādīja, ka savvaļas moskītu skaits ir samazinājies par 90 procentiem. Tagad Brazīlija gatavojas izlaist miljonus ģenētiski modificētu kukaiņu, lai cīnītos ar Ziku, tropu drudzi, dzelteno drudzi un chikungunya.
Tātad ir pierādīta iespēja ietekmēt dabiskās ekosistēmas ar gēnu inženierijas palīdzību. Tomēr vai ir iespējams tieši modificēt cilvēka genomus, lai atbrīvotos no iedzimtām slimībām? Vai arī padarīt cilvēkus imūnus pret Plasmodium malāriju?
2017. gada februārī ASV Nacionālās zinātņu un medicīnas akadēmijas publicēja ziņojumu, kurā eksperti ļāva mainīt cilvēku DNS, lai apkarotu mutācijas, kas izraisa nopietnus traucējumus organismā. Faktiski tas nozīmē bojātu gēnu labošanu cilvēka embrijos. Tas palīdzēs tikt galā ar tādām slimībām kā Hantingtona horeja vai letāls ģimenes bezmiegs. Tomēr gēnu piedziņas tehnoloģiju izmantošana tiks ierobežota ar savvaļas dzīvnieku populācijām, jo to lietošana cilvēkos ir ne tikai apšaubāma no ētikas viedokļa, bet arī nepraktiska: gēns izplatīsies pārāk lēni.
Aleksandrs Enikejevs