Ученые исследуют, как эффективно выпускать и контролировать генетически модифицированные виды
Исследователи из Гарварда и Принстона использовали математическое моделирование для разработки стратегий безопасного распространения и контроля генетических конструкций, таких как системы генного драйва (gene drive), созданные с помощью CRISPR-Cas9.
Ключевая проблема: Преждевременный или случайный выброс организмов с генным драйвом в природу может нанести необратимый ущерб экосистеме.
Решение через моделирование: Ученые применили нелинейные уравнения реакции-диффузии, чтобы смоделировать распространение генов в пространстве. Это позволило разработать концепцию социально ответственных систем генного драйва, в которых желательные признаки сбалансированы встроенными ограничителями.
Основные выводы модели:
- Критический порог для запуска: Распространение волны генного драйва начинается только при превышении определенных критических значений параметров инокуляции (выпуска). Это действует как "переключатель".
- Стратегия выпуска: Для достижения критической массы гены необходимо выпускать интенсивно в конкретном регионе (по аналогии с "генетической бомбой"), а не рассеивать тонким слоем на большой территории.
- Возможность остановки: Если сделать генный драйв уязвимым к соединению, безвредному для дикого типа, его распространение можно остановить с помощью барьеров, например, пестицидов.
Цель работы — создать математическую основу для проектирования систем, которые могут эффективно замещать дикие гены (например, у комаров, устойчивых к малярии), но при этом оставаться под контролем и минимизировать риски неконтролируемого распространения.
Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.