Создание самоуничтожающихся комаров

Исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде создали трансгенных комаров, стабильно экспрессирующих фермент Cas9 в их зародышевой линии. Это позволит использовать инструмент редактирования генов CRISPR для эффективного внесения целевых изменений в ДНК комаров.

В качестве доказательства концепции учёные использовали систему для нарушения развития кутикулы, крыльев и глаз, получив полностью жёлтых, трёхглазых и бескрылых комаров. Их долгосрочная цель — использовать комаров, экспрессирующих Cas9, вместе с другой технологией, называемой генным драйвом, для внедрения и распространения генов, подавляющих насекомых, избегая при этом резистентности, которую обычно благоприятствует эволюция. Aedes aegypti — основные переносчики вирусов денге, чикунгуньи, жёлтой лихорадки и Зика, и они быстро становятся устойчивыми к обычно используемым пестицидам.

Исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), возглавил Омар Акбари, доцент кафедры энтомологии.

Предыдущие попытки использовать редактирование генома для предотвращения распространения патогенов комарами сталкивались с низкой частотой мутаций, плохой выживаемостью отредактированных комаров и неэффективной передачей нарушенных генов потомству. Акбари и коллеги создали трансгенных комаров, стабильно экспрессирующих бактериальный фермент Cas9 в зародышевой линии, что позволило проводить высокоэффективное редактирование генома с помощью системы CRISPR. CRISPR работает как молекулярные ножницы, вырезая и заменяя определённые последовательности ДНК на основе РНК-гида. В работе команда использовала систему для нарушения генов, контролирующих зрение, полёт и питание, что привело к появлению комаров с дополнительным глазом, деформированными крыльями и дефектами цвета глаз и кутикулы.

Акбари заявил, что эти штаммы представляют собой первый шаг к использованию систем генного драйва для контроля популяций комаров и сокращения распространяемых ими болезней.

«Эти штаммы Cas9 можно использовать для разработки раздельных ген-драйвов — формы генного драйва, при которой Cas9 и РНК-гиды вставляются в отдельные геномные локусы и зависят друг от друга для распространения. Это самый безопасный способ разработки и тестирования ген-драйвов в лаборатории, чтобы гарантировать их непопадание в дикую природу», — сказал Акбари.

Генные драйвы значительно увеличивают шансы передачи гена или набора генов потомству — с 50% до 99%. Этот показатель потенциально можно увеличить до 100%, когда целевой ген нарушается в нескольких сайтах — техника, называемая мультиплексированием, которая недавно была математически смоделирована Акбари и коллегами из UC Berkeley.

Генные драйвы можно использовать для смещения генетического наследования в пользу быстро распространяющихся саморазрушительных генов — например, нарушающих фертильность — и они могут стать экологически чистым и экономически эффективным способом подавления популяций насекомых, распространяющих болезни.

«Следующие шаги должны быть предприняты для идентификации регуляторных последовательностей, которые можно использовать для экспрессии РНК-гидов из генома, и как только эти последовательности будут идентифицированы, разработка ген-драйвов у этого вида должна стать простой задачей», — сказал Акбари.