Vedci vyvinuli genetické zbrane, ktoré sú schopné zlikvidovať celé druhy organizmov z povrchu Zeme. Ide o technológiu génovej jednotky, ktorá umožňuje šírenie škodlivých mutácií v populáciách zvierat. Napriek protestom environmentálnych organizácií však tento prístup môže byť pre ľudí veľmi prínosný tým, že eliminuje nebezpečné choroby. "Lenta.ru" hovorí o tom, ako vedci bojujú proti malárii pomocou modifikovaných komárov.
DNA sabotéri
Malária je skupina infekčných chorôb spôsobených parazitickými jednobunkovými organizmami rodu Plasmodium. Vstupujú do ľudskej krvi, keď ich kousajú komáre Anopheles, známe tiež ako komáre malárie. Tento hmyz sa distribuuje do celého sveta s výnimkou Antarktídy, Ďalekého severu a východnej Sibíri. Predovšetkým je malária chorá v Afrike a predovšetkým - deťoch. Malária zabije každý rok takmer pol milióna ľudí, pričom väčšinou obetí sú deti do piatich rokov.
Vedci už niekoľko rokov uvažujú o tom, ako je geneticky upravené, aby porazili maláriu. Jedným zo spôsobov je zavedenie génov do komárov, ktoré v nich zabránia usadeniu Plasmodium. Je tu však problém. Povedzme, že vytvárame niekoľko tisíc komárov s maláriou a uvoľňujeme ich do životného prostredia. Ako zabezpečiť šírenie požadovaného génu vo voľnej prírode?
Geneticky modifikované komáre budú mať dve kópie antimalarického génu (jedna na každom chromozóme). Potomok je dedičom iba jedného z chromozómov (ktorý rozhodne o prípade). Preto, ak je pozmenený komár a divoký jednotlivec bez požadovaného génu, potomstvo prechádza iba jedna kópia génu. A iba asi polovica novej generácie komárov získa túto kópiu (keďže mutantný chromozóm je zdedený 50 percent). Výsledkom bude, že antimalarické gény z populácie postupne vymiznú - je nepravdepodobné, že by ich podporoval prirodzený výber.
Technika známa ako génová jednotka sa môže použiť na zabránenie eliminácie (eliminácie) génu z divokej populácie. Spočíva v nejakom kopírovaní génu, ktorý potrebujeme, z jedného chromozómu na druhý. Potom organizmus, ktorý mal iba jednu kópiu génu, získa dve kópie a so 100% pravdepodobnosťou ich prenesie na svojho potomka. Ako sa to robí?
Propagačné video:
Jedným zo spôsobov je použitie reštrikčných endonukleáz, enzýmov, ktoré robia rez v dvojvláknovej DNA na konkrétnom mieste. Ak urobíte prestávku v chromozóme, začne sa proces jej obnovy. Počas toho sa do rezaného reťazca skopíruje neporušená časť zo susedného chromozómu. Endonukleázy však robia rez, ak „rozpoznávajú“špecifickú kombináciu nukleotidov. Na chromozóme môže byť veľa takýchto kombinácií, takže riskujeme rozrezanie chromozómu na mnoho častí. Toto, ako aj ďalšie faktory, komplikujú použitie reštrikčných endonukleáz pre génovú jednotku.
Technológia CRISPR / Cas9 je schopná nahradiť tieto enzýmy, čo nám umožňuje urobiť rez presne na mieste, ktoré potrebujeme. Nukleáza Cas9 spôsobí prerušenie dvojreťazcovej DNA v mieste (cieľovom mieste) „indikovanom“pomocou RNA sprievodcu alebo sg-RNA. Je to taká krátka molekula nukleovej kyseliny, ktorá je komplementárna k cieľovému miestu, a preto sa pomocou syntézy dostatočne dlhého sprievodcu RNA môže pravdepodobnosť rezania na nesprávnom mieste minimalizovať.
V roku 2015 vedci z Imperial College London vytvorili génovú jednotku pomocou CRISPR / Cas9, ktorá podporuje šírenie mutácie, ktorá spôsobuje neplodnosť komárov malárie. Samice s mutantným génom na oboch chromozómoch sú sterilné a muži ho môžu šíriť v populácii. Týmto spôsobom je možné nielen znížiť populáciu Anopheles na úroveň, pri ktorej sa stane infekcia Plasmodium malária zriedkavá, ale tiež bojovať proti rozvoju rezistencie na pesticídy a ničiť invázne druhy.
Génová apokalypsa
Existujú však obavy, že nekontrolované šírenie génu by mohlo v divočine spôsobiť neúmyselné následky. Podľa evolučného ekológa Jamesa Collinsa z Arizonskej štátnej univerzity nie je v rozhovore pre vedu známe, ako génová jednotka ovplyvní dynamiku populácie a zdravie ekosystémov. Napríklad úplné zničenie druhu alebo dokonca výrazný pokles ich počtu vedie k rozšíreniu iných druhov. Preto by sa modifikované komáre nemali vypúšťať do voľnej prírody bez toho, aby sa brali do úvahy všetky riziká. Ako však môžete testovať génovú jednotku, ak samotné testovanie vyžaduje, aby bol hmyz vo voľnej prírode?
James Collins
Vedci tento problém nazývajú Catch-22, pretože jeho riešenie je v rozpore. Biológovia z Harvardskej univerzity a Massachusettsovho technologického inštitútu však prišli na to, ako sa ubezpečiť, že génová jednotka môže najskôr podporovať šírenie mutantného génu a po niekoľkých generáciách viesť k jeho zániku.
Ide o to, že kopírovanie požadovanej časti DNA z jedného chromozómu na druhý prebieha v krokoch. Génová jednotka je riadená tromi prvkami, z ktorých každý pozostáva z jedného alebo viacerých génov. Prvok A sa kopíruje a vkladá do homológneho chromozómu v prítomnosti prvku B a prvku B v prítomnosti prvku C. Prvok C sa v populácii distribuuje prostredníctvom normálneho dedičstva, pričom sa prenáša iba na polovicu potomstva.
Spárovanie geneticky modifikovaného hmyzu s divokými komármi povedie k tomu, že všetci potomci budú mať prvky A a B, ale iba polovica z nich bude mať prvky C. Výsledkom je, že podľa zákonov o dedičstve sa A a B najskôr rýchlo rozšíria v populácii a po určitom množstve. Generácie, prvok C prakticky zmizne, po ktorom nasleduje prvok B a nakoniec A. Šírenie mutantného génu bude závisieť od toho, koľko hmyzu sa uvoľní do prírodného prostredia. Môžete si byť istí, že takmer všetci jedinci žijúci na určitom území budú nosičmi mutácie, ale vo väčšej populácii sa gény nebudú môcť šíriť. Ak budú skúšky úspešné, vážne sa objaví otázka uplatňovania technológie, pri ktorej existuje zjavné ohrozenie zdravia ľudí proti komárom malárie.
Všetko je rozhodnuté
Niektoré neziskové organizácie, ako sú Priatelia Zeme a Rada pre zodpovednú genetiku, sa vyslovili proti génovej jednotke, ktorá ju nazýva technológia vyhynutia génov. Navrhli zavedenie moratória. V decembri 2016 však strany Dohovoru OSN o biologickej diverzite schválili použitie génovej jednotky a vyzvali na opatrnosť v poľných pokusoch.
Foto: Public Domain / Wikimedia
V niektorých krajinách bola táto technológia už vyskúšaná. Výsledky piatich poľných pokusov, ktoré sa uskutočnili v rokoch 2011 až 2014 v Paname, na Kajmanských ostrovoch a v severovýchodnom brazílskom štáte Bahia, ukázali, že počet voľne žijúcich komárov klesol o 90 percent. Teraz Brazília chystá vypustiť milióny geneticky modifikovaného hmyzu do boja proti Zike, horúčke dengue, žltej zimnici a chikungunya.
Bola teda dokázaná možnosť ovplyvniť prírodné ekosystémy pomocou genetického inžinierstva. Je však možné priamo modifikovať ľudské genómy, aby sa zbavili dedičných chorôb? Alebo urobte z ľudí imunitu voči Plasmodium mallaria?
Vo februári 2017 zverejnili národné akadémie vied a medicíny Spojených štátov správu, v ktorej odborníci umožnili zmenu DNA ľudí s cieľom bojovať proti mutáciám spôsobujúcim vážne narušenie tela. V skutočnosti to znamená opravu chybných génov v ľudských embryách. To vám pomôže vyrovnať sa s chorobami, ako je Huntingtonova chorea alebo smrteľná rodinná nespavosť. Použitie technológií génových pohonov sa však obmedzí na populácie voľne žijúcich zvierat, pretože ich použitie u ľudí je nielen sporné z etického hľadiska, ale aj nepraktické: gén sa bude šíriť príliš pomaly.
Alexander Enikeev