Инженерные события видообразования у насекомых могут использоваться для контроля вредных вредителей
Исследователи из Университета Миннесоты разработали метод, позволяющий индуцировать видообразование менее чем за год, тогда как в природе этот процесс занимает эоны. Учёные под руководством Майка Смански, Ph.D., из Колледжа биологических наук (CBS) создали у плодовых мушек события видообразования, в результате которых генетически модифицированные линии нормально скрещиваются между собой, но спаривание с немодифицированными мухами приводит к нежизнеспособному потомству.
Исследование, опубликованное в Nature Communications, закладывает основу для предотвращения размножения генетически модифицированных организмов (ГМО) с дикими популяциями. Оно также открывает путь к созданию новых высокоспецифичных инструментов для контроля популяций насекомых-переносчиков болезней и инвазивных видов.
«Видообразование — это фундаментальный процесс, движущий эволюцию жизни на планете. Получение инженерного контроля над видообразованием повлияет на нашу способность контролировать вредителей, распространяющих болезни, вредящих сельскохозяйственным культурам или ухудшающих состояние окружающей среды», — сказал Смански, автор исследования и профессор CBS. «Это один из новых подходов к контролю вредителей, использующий современные инструменты редактирования генома, чтобы, по сути, превратить организм-вредитель в пестицид. Каждый раз, когда наши модифицированные мухи пытаются размножаться с дикими, потомства не возникает. Это работает как генетически закодированная контрацепция для организмов-вредителей».
Их подход, названный Engineered Genetic Incompatibility (EGI, «инженерная генетическая несовместимость»), начинается с использования CRISPR/Cas9 для внесения безвредных мутаций в регуляторные области ДНК рядом с генами, кодирующими белки. Затем учёные вводят активатор гена, который ищет исходную последовательность ДНК. При скрещивании модифицированного штамма с диким потомство наследует копию исходной последовательности от дикого родителя и копию активатора гена от модифицированного родителя. Это вызывает гиперактивацию дикой копии гена, что приводит к нежизнеспособности потомства. Этот метод также можно использовать для биологического сдерживания трансгенов.
«EGI окажется бесценным инструментом для безопасного использования ГМО. Один из рисков ГМО — распространение трансгенного материала в дикие популяции. Однако любые генетические компоненты, содержащиеся в инженерном виде, остаются в ловушке внутри этого вида», — сказал соавтор исследования Натан Фельтман, аспирант CBS из лаборатории Смански.
Эта работа основана на предыдущих исследованиях команды на дрожжах. Соавтор исследования Сиба Дас, постдокторант в лаборатории Смански, отмечает, что это знаменует смену парадигмы в том, как учёные рассматривают инженерию видообразования и как её можно точно настроить для конкретных применений.
«Создание событий видообразования было давней целью биотехнологии, и мы очень рады начать применять этот метод для решения основных проблем здоровья человека и окружающей среды», — сказал соавтор исследования Мацей Маселько, Ph.D., руководитель исследовательской группы в Университете Маккуори в Австралии.
Учёные сейчас работают над применением этой технологии для сокращения популяций комаров-переносчиков болезней и инвазивных видов или их замены на комаров, не способных передавать заболевания. Работа сосредоточена на Aedes aegypti — комаре, который может распространять вирусы Зика, денге, чикунгунья и другие.