Мутанты с недостатком гетерозигот могут предотвратить распространение трансгенных животных
Трансгенные животные создаются для сдерживания распространения патогенов. Важным условием их выпуска в природу является недопущение неконтролируемого распространения нового генного варианта, который может вытеснить природные популяции. Учёные из Института эволюционной биологии Макса Планка (Плён, Германия) установили, что определённые мутации могут сохраняться длительное время, если две отдельные популяции обмениваются особями в небольшом масштабе. Новый генный вариант может оставаться ограниченным одной из двух популяций. Скорость миграции между популяциями определяет, как долго новый генный вариант будет сохраняться в окружающей среде. Эти данные могут повысить безопасность экспериментов по выпуску генетически модифицированных животных.
Мутанты с недостатком гетерозигот снижают эволюционную приспособленность своих носителей в разной степени, если мутация присутствует в одной копии гена (гетерозигота) или в обеих (гомозигота). В исследовании учёные предположили потерю приспособленности на 50% (по сравнению с диким типом) для гетерозиготных мутантов и на 10% — для гомозиготных.
Такой мутант может сохраняться в популяции, если он встречается достаточно часто для производства достаточного количества гомозиготного потомства. Выше определённого порога он может полностью вытеснить немодифицированный вариант гена, а ниже — мутированная форма вымирает. Популяции с такими мутантами развиваются в одно из двух стабильных состояний. Это делает их перспективными для безопасного выпуска генетически модифицированных организмов: при достижении достаточной численности мутанты заменяют природный вариант в локальной популяции. Если связать такие гены с генами устойчивости к патогенам, можно, например, сделать популяции комаров устойчивыми к малярии. Последующий выпуск дикого типа также позволит легче удалить трансгенных животных из среды. В популяционной генетике это явление известно как underdominance.
Анализ компьютерного моделирования показал влияние таких мутантов на две популяции равного размера, подверженные статистическим флуктуациям. Особое внимание уделялось потоку генов из-за подвижности особей. Мутация может стабильно сохраняться в популяции, но только если уровень миграции составляет менее 5%.
«Наши расчёты также показали, что мутантов лучше выпускать в обе популяции, даже если целью является долгосрочное закрепление нового генетического варианта только в одной из них. Например, если распределить 75% трансгенных животных в целевую популяцию, а оставшиеся 25% — в соседнюю, трансгенным особям может быть проще закрепиться в целевой популяции на долгосрочной основе», — объясняет Филипп Альтрок из Института эволюционной биологии Макса Планка.
Полевые эксперименты с генетически модифицированными животными (например, комарами для защиты от малярии или лихорадки денге, а также вредителями растений) уже несколько лет проводятся в США, Бразилии, Малайзии и на Каймановых островах и запланированы ещё в девяти странах. В настоящее время обычно выпускают стерильных самцов насекомых, что ограничивает размер дикой популяции.
«Один из недостатков этого метода в том, что его нужно очень часто повторять, поскольку трансгенные животные не могут размножаться», — говорит Арне Траульсен из Института Макса Планка в Плёне. Кроме того, у комаров несколько родительских особей уже могут дать значительную долю следующего поколения.
В отличие от этого, мутанты с недостатком гетерозигот могут выживать в течение многих поколений. Связанные с ними гены устойчивости были бы эффективнее. Безопасность также повышается, поскольку распространение за пределы целевой популяции маловероятно.
«Тем не менее, должны быть известны приспособленность трансгенных животных, размеры популяций и уровень миграции. Эти факторы, скорее всего, можно определить для экспериментов по выпуску на морских островах», — отмечает Арне Траульсен.