Генные драйвы: как стерилизация может уничтожить популяции вредителей

Генные драйвы — технология, позволяющая распространить дефектный ген в популяции вредителей (например, мышей, крыс, кроликов), чтобы сделать их стерильными и вызвать коллапс популяции. Это потенциально гуманный и целенаправленный метод борьбы с инвазивными видами.

Новое исследование, опубликованное в Proceedings of the Royal Society B, с помощью математического моделирования показывает, что эта стратегия может сработать.

Как это работает

1. Цель: Выбирается ген, необходимый для размножения или развития вредителя.
2. Вставка: В этот ген встраивается "кассета" генного драйва, нарушающая его функцию и создающая дефектный аллель.
3. "Наведение" (Homing): Технология CRISPR-Cas9 обманывает естественный отбор. Кассета кодирует фермент, разрезающий ДНК, и направляющую РНК (guide RNA). Эта молекулярная "пара ножниц" разрезает вторую, нормальную копию гена.
4. Копирование: Клетка использует последовательность генного драйва как шаблон для починки разрыва. В результате обе хромосомы получают дефектный ген.
5. Распространение: Когда этот процесс происходит в половых клетках, почти все потомство наследует генный драйв. По мере его распространения спаривание носителей приводит к появлению стерильного потомства с двумя дефектными аллелями.

Результаты моделирования для мышей

• Модель предсказывает, что однократное введение 100 мышей с генным драйвом может уничтожить популяцию из 50 000 мышей на острове за 4–5 лет.

Проблема: эволюция сопротивляется

• Процесс "наведения" может дать сбой. Клетка может починить разрыв ДНК альтернативным способом, не копируя генный драйв. Это создает "аллель сопротивления", который больше не может получить генный драйв.
• Эксперименты с комарами показывают, что аллели сопротивления образуются как минимум в 2% попыток "наведения".
• В моделировании мышей даже низкий процент неудач позволял популяции восстановиться после первоначального спада.

Возможное решение

• Чтобы повысить эффективность, в кассету генного драйва можно встроить несколько разных направляющих РНК, нацеленных на разные последовательности ДНК ("несколько ударов по воротам").
• Для уничтожения популяции из 200 000 мышей на острове, по расчетам, потребуется генный драйв как минимум с тремя разными направляющими РНК.

От теории к практике

• Чтобы оценить реальный потенциал и риски, необходимы эксперименты с генными драйвами на лабораторных мышах (в условиях строгого сдерживания).
• Требуется более сложное компьютерное моделирование для прогнозирования воздействия на нетargetные популяции в случае непреднамеренного распространения драйва.