Новый потенциальный способ борьбы с распространением болезней, переносимых насекомыми

Междисциплинарная группа учёных призывает к публичному обсуждению потенциально нового способа решения давних глобальных экологических проблем с использованием развивающейся технологии под названием "генетические драйвы" (gene drives). Этот подход может привести к созданию мощных новых методов борьбы с малярией и другими болезнями, переносимыми насекомыми, контроля инвазивных видов и развития устойчивого сельского хозяйства.

В команду, представляющую Институт биологически инспирированной инженерии Висса (Wyss Institute) при Гарвардском университете, Гарвардскую медицинскую школу, Гарвардскую школу общественного здравоохранения, Массачусетский технологический институт (MIT), Бостонский университет, Центр Вудро Вильсона и Университет штата Аризона, входят специалисты в областях от геномной инженерии до общественного здравоохранения и экологии, а также анализа рисков и политики.

Сконструированные генетические драйвы — это генетические системы, которые обходят традиционные правила полового размножения и значительно повышают шансы передачи драйва потомству. Это позволяет распространять заданные генетические изменения через целевые природные популяции на протяжении многих поколений. Они представляют собой потенциально мощный инструмент для решения региональных или глобальных проблем, включая контроль инвазивных видов и искоренение болезней, переносимых насекомыми, таких как малярия и лихорадка денге.

Идея не нова, но исследователи из Гарварда представили технически осуществимый способ создания генетических драйвов, которые потенциально могут распространять почти любые геномные изменения в популяциях видов с половым размножением.

"Мы все зависим от здоровых экосистем и разделяем ответственность за их сохранение для будущих поколений, — сказал Кевин Эсвелт, PhD, стипендиат по разработке технологий Института Висса и ведущий автор двух статей, опубликованных на этой неделе. — Учитывая широкий потенциал генетических драйвов для решения экологических проблем, мы надеемся инициировать прозрачное, инклюзивное и информированное публичное обсуждение — задолго до любых испытаний — чтобы коллективно решить, как мы могли бы использовать эту технологию на благо человечества и окружающей среды".

После обсуждения широких последствий технологии на спонсируемой NSF (Национальным научным фондом США) встрече, организованной Центром Вудро Вильсона и MIT в январе 2014 года, команда написала две связанные статьи. Первая, опубликованная в eLife, описывает предлагаемые технические методы создания генетических драйвов у разных видов, определяет их теоретические возможности и ограничения, а также описывает возможные применения. Вторая, представленная в Science, даёт первоначальную оценку потенциального воздействия на окружающую среду и безопасности, анализ нормативного регулирования и рекомендации по обеспечению ответственной разработки и тестирования перед использованием.

Новая техническая работа в eLife основана на исследованиях Остина Бёрта из Имперского колледжа Лондона, который более десяти лет назад первым предложил использовать тип генетического драйва, основанный на разрезании ДНК, для изменения популяций. Авторы отмечают, что универсальный инструмент редактирования генов CRISPR, недавно созданный при участии некоторых из этих же исследователей из Гарварда и Института Висса, который позволяет точно вставлять, заменять и регулировать гены, теперь делает возможным создание генетических драйвов, работающих у многих разных видов.

"Наше предложение представляет собой потенциально мощный инструмент управления экосистемами для глобальной устойчивости, но он, как и любая новая технология, вызывает новые опасения", — сказал Джордж Чёрч, PhD, член основного состава Института Висса, соавтор обеих публикаций. Чёрч также является профессором генетики в Гарвардской медицинской школе и профессором наук о здоровье и технологий в Гарварде и MIT.

Эсвелт отметил, что геномные изменения, вносимые генетическими драйвами, должны быть обратимыми. Команда описала в публикации в eLife многочисленные предупредительные меры, предназначенные для обеспечения безопасной и ответственной разработки генетических драйвов, многие из которых были невозможны с более ранними технологиями.

"Если общественность когда-либо рассмотрит возможность использования генетического драйва, нам нужно будет разработать соответствующие меры безопасности. Обеспечение наличия рабочего реверсивного драйва для быстрой отмены предлагаемого геномного изменения было бы одной из таких мер предосторожности", — сказал он.

Поскольку драйвы могут распространять признаки только на протяжении поколений, они будут наиболее эффективны у видов, которые быстро размножаются или могут быть выпущены в больших количествах. Для насекомых может потребоваться всего пара лет, чтобы увидеть желаемое изменение в популяции в целом, тогда как для медленно размножающихся организмов потребуется гораздо больше времени. Изменение человеческих популяций неосуществимо, поскольку потребовало бы многих веков.

Генетические драйвы могут нанести мощный удар по малярии, изменив популяции комаров так, чтобы они больше не могли распространять болезнь, от которой ежегодно умирает 650 000 человек и которой заболевают сотни миллионов. Они также могут быть использованы для очистки местной среды от инвазивных видов или для продвижения к более устойчивому сельскому хозяйству путём обращения мутаций, которые позволяют определённым видам сорняков, таким как мелколепестник канадский (horseweed), противостоять гербицидам, важным для беспахотного земледелия.

Инновационный характер генетических драйвов создаёт регуляторные проблемы. "Проще говоря, генетические драйвы не вписываются комфортно в существующие американские правила и международные конвенции, — сказал политолог Кеннет Ойе, PhD, автор статьи в Science и директор программы MIT по новым технологиям. — Например, применение генетических драйвов к животным регулировалось бы FDA (Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США) как ветеринарными лекарствами. Потенциальные последствия генетических драйвов выходят за рамки списков бактериологических и вирусных агентов, которые сейчас определяют режимы безопасности. Нам потребуются как реформа регулирования, так и вовлечение общественности, прежде чем мы сможем рассмотреть полезные применения. Вот почему мы рады начать разговор о генетических драйвах как можно раньше".

"Многие разные группы и заинтересованная общественность должны объединиться, чтобы обеспечить ответственную разработку и использование генетических драйвов", — сказал Джеймс П. Коллинз, PhD, эволюционный эколог из Университета штата Аризона и старший автор статьи в Science. Ранее Коллинз был помощником директора по биологическим наукам в NSF.

"Понимание того, как популяции и экосистемы будут реагировать на разные изменения, и решение потенциальных проблем безопасности потребуют постоянной междисциплинарной работы команд биологических инженеров, экологов, специалистов по инструментарию, социологов и общественности, — сказал Коллинз. — Статьи в eLife и Science предоставляют модель для следующих шагов, которые необходимо предпринять".