Исследователи решают ключевые проблемы технологии генного драйва для борьбы с комарами-переносчиками болезней

Исследователи, включая двух учёных из Калифорнийского университета в Риверсайде, сделали ключевое открытие, которое потенциально может помочь в ликвидации комаров, распространяющих болезни, на континентальном масштабе.

Исследование, опубликованное на препринт-сервере по биологии bioRxiv, фокусируется на стабильности систем генного драйва. Эти системы предполагают добавление, нарушение или модификацию генов для изменения или подавления популяции организма.

Генные драйвы рассматриваются как недорогой, экологичный и долговечный способ решения значительных экологических проблем и проблем общественного здравоохранения, включая болезни, переносимые комарами: малярию, вирус Зика, лихорадку денге, жёлтую лихорадку и другие.

Хотя генные драйвы обсуждаются и изучаются десятилетиями, техника редактирования генов CRISPR/Cas9 недавно произвела революцию в их разработке. Она предлагает недорогой, эффективный и надёжный способ вносить точные, целевые изменения в геном.

Существуют разные типы генного драйва. Один из них — гоминг-система (на основе "доместикации" гена), которую можно использовать для подавления популяций. Предыдущие исследования показали, что этот метод может приводить к наследованию изменённой генной структуры у 90–99% потомства, в отличие от ожидаемых 50% по законам традиционной генетики, что делает систему чрезвычайно мощной.

Однако небольшой процент потомства, которое не наследует генетическое изменение, создаёт проблему. Оно может помешать генетически изменённой популяции организма захватить регион.

Причина — наличие у этого потомства драйв-резистентных аллелей, которые делают их невосприимчивыми к генному драйву. (Аллели — это альтернативные формы генов.) Влияние таких резистентных аллелей на способность генного драйва распространяться и подавлять популяции ранее оценивалось как значительное, но плохо изученное.

В данной работе исследователи с помощью математического моделирования определили, что резистентные аллели будут иметь серьёзное влияние на попытки уничтожить вид комара в масштабе целого континента, например Африки. Попытка ликвидации вида с помощью этой техники привела бы к быстрому восстановлению подавленной популяции комаров из-за резистентных аллелей.

Чтобы решить эту проблему, исследователи разработали и проверили технику, которая предполагает мультиплексирование гидовых РНК (guide RNAs) внутри генного драйва. Мультиплексирование означает нацеливание на несколько участков в гене с помощью гидовых РНК.

Моделирование исследовательской группы показывает, что размер популяции, которую можно подавить, растёт экспоненциально с увеличением числа мультиплексированных гидовых РНК. Также показано, что при использовании шести мультиплексированных гидовых РНК подавление вида комаров на континентальном масштабе становится потенциально возможным.

Исследователи также успешно продемонстрировали мультиплексирование на плодовой мушке (Drosophila melanogaster), организме, часто используемом в качестве лабораторной модели. Сейчас они работают над адаптацией этой же техники для комаров.