Все живое можно уничтожить на генном уровне

Ученым удалось разработать генетическое оружие, которое может уничтожить целые виды живых организмов на нашей планете. Это технология генного драйва, которая позволяет распространить в популяциях животных вредные мутации. Природоохранные организации выступили с протестами против применения данной технологии, однако ученые утверждают, что этот подход может принести людям и большую пользу, поскольку поможет уничтожить опасные заболевания.

В частности, при помощи данной технологии, а если точнее – при помощи модифицированных комаров, ученые намерены бороться с малярией.

Малярией называют группу инфекционных заболеваний, которые вызываются паразитическими одноклеточными организмами рода плазмодий. При укусе самок малярийных комаров эти организмы попадают в кровь человека. Распространены эти комары по всему миру, кроме Крайнего Севера, Антарктиды и Восточной Сибири. Чаще всего малярией болеют люди в Африке, более всего от заболевания страдают дети. Малярий ежегодно уносит жизни около полумиллиона человек, больше половины которых – это дети до пяти лет.

На протяжении нескольких лет ученые думают над тем, каким образом побороть малярию, используя методы генной инженерии. Одним из способов является внесение в ДНК комаров таких генов, которые не позволят плазмодиям поселится в них. Однако существует большая проблема. Даже в том случае, если ученым удастся создать несколько тысяч неопасных малярийных комаров и выпустить их в окружающую среду, обеспечить распространение необходимого гена в условиях дикой популяции практически невозможно.

Генетически модифицированные комары будут иметь две копии противомалярийного гена (на каждой хромосоме по одной копии). При этом известно, что потомством наследуется только одна хромосома, причем, случайным образом. Таким образом, при спаривании измененного комара и дикой самки из дикой популяции без необходимо го гена, потомство унаследует только одну копию гена. Эту копию получит примерно половина следующего поколения малярийных комаров (потому как мутантную хромосому унаследуют в вероятностью 50 процентов). В конечном итоге, противомалярийные гены из популяции со временем вовсе исчезнут, поскольку естественный отбор их не поддержит.

Впрочем, утверждают специалисты, предотвратить устранение из дикой популяции нужного гена, можно использовать технологию, известную под названием генный драйв. Суть ее состоит в том, чтобы скопировать с одной хромосомы на другую необходимый ген. В таком случае организм, который имел одну копию гена, получит две копии и со 100-процентной вероятностью передаст ее потомкам. Сделать это можно несколькими способами.

Одним из способов является использование эндонуклеаз рестрикции, то есть, ферментов, совершающих в двойной цепочке ДНК разрез в определенном месте. В случае внесения в хромосому разреза, начнется процесс ее восстановления, в ходе которого в разрезанный участок цепочки копируется аналогичный, но неповрежденный, участок с другой хромосомы. Но трудность заключается в том, что эндонуклеазы разрезают цепочку лишь в том случае, если они определяют специфическую комбинацию белков. На одной хромосоме таких комбинаций может быть множество, поэтом существует риск разрезать хромосому на большое количество мелких кусочков. Именно поэтому использовать эндонуклеаз рестрикции для генного драйва крайне сложно.

Эти ферменты может заменить технология CRISPR/Cas9, которая дает возможность сделать разрез с нужном месте. Нуклеаза Cas9 разрежет двойную цепочку ДНК в том месте, который укажет sg-РНК или РНК-гид – короткая молекула нуклеиновой кислоты, аналогичная нужному участку. Таким образом, вероятность разреза цепочки ДНК не в том месте можно минимизировать за счет синтеза достаточно длинного РНК-гида.

Ученые из лондонского Имперского колледжа в 2015 году при помощи технологии CRISPR/Cas9 создали генный драйв, способствующий распространению мутации, которая вызывает у самок малярийных комаров бесплодие. Самки, у которых присутствует мутантный ген на обоих хромосомах являются бесплодными, в то время как самцы могут распространять его в пределах популяции. Таким образом возможно не только уменьшение популяции малярийных комаров до того уровня, когда заражение малярией станет редкостью, но и активно бороться с развитием устойчивости к пестицидам и уничтожать заразные виды.

Исследователи называют эту проблему Уловкой-22, потому как решение ее противоречит самой себе. Впрочем, биологам из Массачусетского института технологии и Гарвардского университета удалось придумать, как сделать так, чтобы генный драйв изначально способствовал распространению нужного мутантного гена, а через несколько поколений привел к его полному исчезновению.

Суть заключается в том, чтобы копировать необходимый участок ДНК с одной хромосомы на другую не сразу, а постепенно. Осуществление генного драйва происходит при помощи трех элементов, которые состоят из нескольких генов. Элемент А будет копироваться на вторую хромосому только при наличии элемента В, а он, в свою очередь, только в случае наличия элемента С. Сам же третий элемент в популяции распространяется путем обычного наследования, передаваясь лишь половине потомства.