Насекомые сопротивляются генетическим методам контроля заболеваний

Исследование Университета Индианы выявило серьёзные проблемы в использовании инструмента генного редактирования CRISPR-Cas9 для борьбы с болезнями, переносимыми насекомыми, и сельскохозяйственными вредителями.

Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, показывает, что определённые генетические и поведенческие особенности насекомых, таких как комары, делают эти виды устойчивыми к генетическим манипуляциям. Это может осложнить попытки использовать CRISPR-Cas9 против малярии (угрожает более 3 миллиардам человек) или таких вредителей, как западный кукурузный жук, наносящий США ущерб около $1 млрд ежегодно.

Ключевые выводы:

  • Генетическая вариация и инбридинг: Небольшая естественная генетическая вариация внутри вида, а также склонность многих насекомых к инбридингу серьёзно влияют на эффективность CRISPR.
  • Устойчивость к CRISPR: Естественно возникающие генетические варианты, устойчивые к CRISPR, способны остановить попытки контроля численности. Популяции быстро возвращаются к исходной численности, сводя на нет дорогостоящие усилия (например, внедрение гена, снижающего плодовитость самок комаров).
  • Преодоление "генного драйва": Защитный эффект генетической вариации достаточно силён, чтобы преодолеть действие CRISPR-технологий "генного драйва" (генов, распространяющихся с вероятностью ~90%), если только драйв не адаптирован к генетическому фону конкретной целевой популяции.

Эксперимент с мучными жуками:

Учёные, включая профессора Майкла Дж. Уэйда и эксперта по CRISPR Габриэля Э. Зентнера, протестировали CRISPR-интервенции на мучных жуках (разрушают ~20% мирового зерна после урожая) из четырёх регионов: Индия, Испания, Перу, Индиана.

  • Анализ ДНК выявил естественные генетические варианты в целевых последовательностях у всех четырёх популяций.
  • Уровень вариаций достигал 28% у жуков из Перу.
  • Статистический анализ показал, что даже 1% генетической вариации в сочетании с типичным для диких комаров уровнем инбридинга достаточно, чтобы полностью нейтрализовать любой метод контроля численности на основе CRISPR уже через шесть поколений.

Рекомендации и выводы:

  1. Перед применением CRISPR для контроля насекомых необходим тщательный генетический анализ целевой популяции для оценки уровня вариаций.
  2. Это поможет предсказать эффективность метода и найти способы обойти естественную вариацию (например, с помощью вариантов белка Cas9 с изменённой специфичностью).
  3. Непреднамеренное глобальное распространение модифицированных генов маловероятно, поскольку типичные уровни генетической вариации создают естественный барьер для распространения между регионами или видами.