Аллельный драйв на основе CRISPR позволяет проводить генетическое редактирование с избирательной точностью
Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали новую версию генного драйва, которая позволяет распространять в популяции определенные благоприятные генетические варианты — аллели.
Новый «аллельный драйв», описанный 9 апреля в Nature Communications, оснащен гид-РНК (gRNA), которая направляет систему CRISPR на разрезание нежелательных вариантов гена и замену их предпочтительной версией.
Принцип работы и аналогия
- Если CRISPR-генные драйвы позволяют редактировать «предложения» генетической информации, то новый аллельный драйв предлагает побуквенное редактирование.
Потенциальные применения
Сельское хозяйство: Гены вредителей, ставших устойчивыми к инсектицидам, можно заменить на исходные природные варианты, которые возвращают чувствительность. Это достигается за счет избирательной замены одной аминокислоты в белке.
- «Принуждение этих видов вернуться к их естественному чувствительному состоянию с помощью аллельных драйвов поможет разорвать порочный круг все возрастающего и экологически опасного чрезмерного использования пестицидов», — говорит первый автор статьи Аннабель Гишар.
Борьба с болезнями: Технология может быть нацелена на насекомых-переносчиков заболеваний.
- «Если мы добавим такую нормализующую gRNA на элемент генного драйва, например, предназначенного для иммунизации комаров против малярии, то получившийся аллельный генный драйв будет распространяться в популяции. Когда этот двойной драйв встретит аллель устойчивости к инсектициду, он разрежет и восстановит ее, используя дикий чувствительный аллель», — поясняет старший автор Итан Бир. «В результате почти все появившееся потомство будет чувствительно к инсектицидам, а также неспособно переносить малярию».
Два варианта технологии
Исследователи описали две версии аллельного драйва:
- «Копирование-вырезание» (copy-cutting): CRISPR система избирательно разрезает нежелательную версию гена.
- «Копирование-прививка» (copy-grafting): Более универсальная версия, которая способствует передаче желаемого аллеля рядом с сайтом, избирательно защищенным от разрезания gRNA.
Ключевое открытие
- Ошибки, создаваемые такими аллельными драйвами, не передаются следующему поколению. Вместо этого они вызывают необычную форму летальности — «летальный мозаицизм».
- «Этот процесс помогает повысить эффективность аллельных драйвов, немедленно устраняя нежелательные мутации, созданные CRISPR-драйвами», — отмечает Гишар.
Перспективы
Хотя технология продемонстрирована на плодовых мушках, она имеет потенциал для широкого применения у насекомых, млекопитающих и растений. Возможные направления:
- Комбинации полезных признаков у сельскохозяйственных культур (например, устойчивость к бедным почвам и засухе).
- Создание новых лабораторных линий животных-моделей для изучения человеческих болезней.
- Помощь в охране окружающей среды: защита уязвимых эндемичных видов или остановка распространения инвазивных видов.