Новый генетический метод обещает ускорить исследования генов и контроль насекомых-вредителей
Биологи из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали новый метод создания мутаций в обеих копиях гена за одно поколение. Это может значительно ускорить генетические исследования на различных видах и дать ученым мощный инструмент для борьбы с болезнями, переносимыми насекомыми (например, малярией), а также с вредителями животных и растений.
Их достижение, опубликованное в журнале Science, стало результатом работы двух биологов над плодовой мушкой Drosophila melanogaster. Они использовали новую геномную технологию, чтобы изменить способ распространения мутаций в популяции — концепцию, задолго установленную в растениях Грегором Менделем.
Как работает метод
- Обычно организмы наследуют две копии каждого гена (по одной от каждого родителя). Если одна копия мутирована, вторая, как правило, компенсирует её функцию. Такие мутации называют рецессивными.
- Новая технология основана на бактериальной системе антивирусной защиты Cas9/CRISPR.
- Расположив стандартные компоненты этой системы в новой конфигурации, ученые показали, что мутация, созданная на одной хромосоме, автоматически распространяется на парную хромосому. В результате обе копии гена инактивируются «за один шаг».
Биологи назвали свой метод «мутагенной цепной реакцией» (mutagenic chain reaction, MCR).
Ключевые особенности MCR:
- Мутация передается потомству с эффективностью ~95% (почти все половые клетки особи с MCR несут мутацию).
- Мутации затрагивают все клетки организма.
Потенциальные применения
- Ускорение генетических исследований: Возможность мутировать обе копии гена за одно поколение значительно упростит и ускорит исследования, особенно при работе с несколькими генами одновременно.
- Контроль популяций насекомых-переносчиков болезней: MCR может быть использован для быстрого распространения в популяциях комаров (например, переносчиков малярии, лихорадки денге) генетических кассет, блокирующих размножение паразита. Если изначально кассету несет 1 из 100 особей, она может распространиться практически на всю популяцию всего за ~10 поколений (менее одного сезона для комаров).
- Медицина: Теоретически, с помощью модифицированных вирусов MCR можно использовать для нацеливания на больные клетки (например, при ВИЧ или некоторых видах рака), чтобы отличать их от здоровых и селективно уничтожать или модифицировать.
Риски и безопасность
Ученые подчеркивают серьезные потенциальные риски технологии MCR:
- Случайный выброс организмов с MCR в окружающую среду может привести к распространению потенциально вредных мутаций на большую часть дикой популяции.
- Возможно злонамеренное использование технологии.
Эксперименты проводились в лаборатории с высоким уровнем биобезопасности. Исследователи настаивают, что необходимы:
- Строгие протоколы безопасности для работы с организмами MCR.
- Своевременное создание нормативных руководств для экспериментов.
- Разработка методов обращения вспять распространения MCR для снижения рисков.
По аналогии с конференцией в Асиломаре 1970-х годов, посвященной рекомбинантной ДНК, ученые предлагают провести подобную встречу для обсуждения регулирования технологии MCR на федеральном и институциональном уровнях.