Teadlased on välja töötanud geneetilised relvad, mis suudavad pühkida terved organismiliigid Maa pinnalt. See puudutab geenide juhtimise tehnoloogiat, mis võimaldab kahjulikel mutatsioonidel levida loomapopulatsioonides. Vaatamata keskkonnaorganisatsioonide protestidele võib selline lähenemisviis inimestele ohtlike haiguste likvideerimise kaudu siiski palju kasu tuua. "Lenta.ru" räägib sellest, kuidas teadlased kavatsevad modifitseeritud sääskede abil malaaria vastu võidelda.
DNA saboteerijad
Malaaria on perekond Plasmodium parasiitsete üherakuliste organismide põhjustatud nakkushaiguste rühm. Nad sisenevad inimese verre, kui neid hammustatakse naissoost Anopheles-sääskede poolt, tuntud ka kui malaaria-sääsed. Neid putukaid levitatakse kogu maailmas, välja arvatud Antarktika, Kaug-Põhja ja Ida-Siber. Kõige rohkem on malaaria haige Aafrikas ja ennekõike lapsi. Malaaria tapab igal aastal ligi pool miljonit inimest, enamik ohvreid on alla viie aasta vanused lapsed.
Teadlased on mitu aastat mõelnud, kuidas geneetiliselt muundatud malaaria võita. Üks võimalus on viia sääskedesse geene, mis takistavad Plasmodiumil neisse asuda. Kuid probleem on olemas. Ütleme, et loome mitu tuhat ohutut malaaria sääset ja laseme nad keskkonda. Kuidas tagada soovitud geeni levik looduses?
Geneetiliselt muundatud sääskedel on kaks malaariavastase geeni koopiat (üks igas kromosoomis). Ainult üks kromosoomidest (millest üks otsustab juhtumi) pärandab järglasi. Seetõttu, kui muudetud sääsk ja soovitud geenita metsik isiksus, lähevad järglastele edasi ainult üks geeni eksemplar. Ja ainult umbes pooled järgmistest sääskede põlvkondadest saavad selle koopia (kuna mutandi kromosoom on 50 protsenti päritav). Selle tulemusel kaovad malaariavastased geenid järk-järgult elanikkonnast - looduslik valik neid tõenäoliselt ei toeta.
Geeniülekandena tuntud tehnikat saab kasutada geeni loodusliku populatsiooni elimineerimise (elimineerimise) ärahoidmiseks. See seisneb vajaliku geeni kuidagi kopeerimises ühest kromosoomist teise. Siis omandab organism, kellel oli ainult üks geeni koopia, kaks koopiat ja annab selle 100% tõenäosusega edasi oma järglastele. Kuidas see tehtud on?
Reklaamvideo:
Üks võimalus on kasutada restriktsiooni endonukleaase, ensüüme, mis lõikavad DNA topelt ahela konkreetses kohas. Kui teete kromosoomis pausi, algab selle taastamise protsess. Selle käigus kopeeritakse lõigatud ahelasse puutumatu osa naaberkromosoomist. Endonukleaasid lõikavad aga siis, kui nad "tunnevad ära" konkreetse nukleotiidide kombinatsiooni. Kromosoomis võib selliseid kombinatsioone olla palju, nii et riskime kromosoomi tükkideks lõikamisega. See, nagu ka muud tegurid, raskendab restriktsiooni endonukleaaside kasutamist geenide juhtimiseks.
CRISPR / Cas9 tehnoloogia on võimeline neid ensüüme asendama, mis võimaldab meil teha sisselõike täpselt vajalikus kohas. Cas9 nukleaas teeb DNA topelt ahela katkemise RNA juhendi või sg-RNA poolt "näidatud" kohas (sihtkoht). See on selline lühike nukleiinhappemolekul, mis on sihtkohaga komplementaarsed, seetõttu saab piisavalt pika RNA juhendi sünteesimisel vales kohas lõikamise tõenäosuse minimeerida.
Aastal 2015 lõid Londoni Imperial College'i teadlased CRISPR / Cas9 abil geenijuhi, mis soodustab malaaria sääskede viljatust põhjustava mutatsiooni levikut. Naised, kellel on mõlemas kromosoomis mutantsed geenid, on steriilsed ja isased saavad seda populatsioonis levitada. Sel viisil on võimalik mitte ainult vähendada anophellide populatsiooni tasemeni, kus Plasmodium-malaariaga nakatumine muutub haruldaseks, vaid ka võidelda pestitsiidide suhtes resistentsuse tekke ja hävitada invasiivseid liike.
Geeni apokalüpsis
Siiski on muret, et geeni kontrollimatu levik võib põhjustada eluslooduses tahtmatuid tagajärgi. Arizona osariigi ülikooli evolutsioonilise ökoloogi James Collinsi sõnul pole ajakirjale Science antud intervjuus teada, kuidas geenivahetus mõjutab populatsiooni dünaamikat ja ökosüsteemi tervist. Näiteks põhjustab liigi täielik hävimine või isegi arvu tugev langus teiste liikide levikut. Seetõttu ei tohiks modifitseeritud sääski loodusesse lasta, arvestamata kõiki riske. Kuidas saab aga testida geenivahet, kui ise katsetamine nõuab putukate looduses viibimist?
James Collins
Teadlased nimetavad seda probleemi saagiks-22, kuna selle lahendus on iseendaga vastuolus. Harvardi ülikooli ja Massachusettsi tehnoloogiainstituudi bioloogid on siiski mõelnud, kuidas veenduda, et geenivahetus võib kõigepealt soodustada mutantse geeni levikut ja mõne põlvkonna möödudes viia selle kadumiseni.
Asi on selles, et vajaliku DNA tüki kopeerimine ühest kromosoomist teise toimub etappide kaupa. Geenivahet juhivad kolm elementi, millest igaüks koosneb ühest või enamast geenist. Element A kopeeritakse ja sisestatakse homoloogilisse kromosoomi elemendi B juuresolekul ja element B elemendi C juuresolekul. Element C jaotatakse populatsioonis normaalse pärimise kaudu, kandudes edasi vaid pooltele järglastele.
Geneetiliselt muundatud putukate paaritumine looduslike sääskedega toob kaasa asjaolu, et kõik järglased kannavad elemente A ja B, kuid ainult pooled neist kannavad elementi C. Selle tulemusel levivad pärimisseaduste kohaselt A ja B kõigepealt kiiresti populatsioonis ja pärast teatud kogust põlvkondade kaupa, element C praktiliselt kaob, millele järgneb element B ja lõpuks A. Mutantsgeeni levik sõltub sellest, kui palju putukaid looduslikesse keskkondadesse eraldub. Võite olla kindel, et peaaegu kõik teatud territooriumil elavad isendid on mutatsiooni kandjad, kuid suuremas populatsioonis geenid levida ei saa. Kui katsed on edukad, kerkib tõsiselt küsimus tehnoloogia rakendamisest, kui malaaria sääsed ohustavad inimeste tervist selgelt.
Kõik on otsustatud
Mõned mittetulundusühingud, näiteks Maa sõbrad ja vastutustundliku geneetika nõukogu, on võtnud sõna geenide juhtimise vastu, nimetades seda geenide väljasuremise tehnoloogiaks. Nad tegid ettepaneku kehtestada moratoorium. ÜRO bioloogilise mitmekesisuse konventsiooni osapooled kiitsid aga 2016. aasta detsembris heaks geenivajaduse kasutamise, kutsudes välikatsetes üles olema ettevaatlik.
Foto: avalik domeen / Wikimedia
Mõnes riigis on seda tehnoloogiat juba katsetatud. Panamas, Kaimanisaartel ja Brasiilia kirdeosas Bahia osariigis aastatel 2011–2014 läbi viidud viie põldkatse tulemused näitasid, et looduslike sääskede arv on langenud 90 protsenti. Nüüd vabastab Brasiilia miljoneid geneetiliselt muundatud putukaid Zika, dengue, kollapalaviku ja chikungunya vastu võitlemiseks.
Niisiis on tõestatud võimalus mõjutada looduslikke ökosüsteeme geenitehnoloogia abil. Kas pärilikest haigustest vabanemiseks on siiski võimalik inimese genoome otse modifitseerida? Või muudate inimesed Plasmodium-malaaria suhtes immuunseks?
2017. aasta veebruaris avaldasid USA riiklikud teaduste ja meditsiini akadeemiad aruande, milles eksperdid lubasid muuta inimeste DNA-d, et võidelda mutatsioonide vastu, mis põhjustavad kehas tõsiseid häireid. Tegelikult tähendab see inimese embrüote defektsete geenide parandamist. See aitab teil toime tulla selliste haigustega nagu Huntingtoni korea või surmaga lõppenud perekondlik unetus. Geenitehnoloogia kasutamine piirdub siiski metsloomade populatsioonidega, kuna nende kasutamine inimestes pole mitte ainult eetilisest seisukohast küsitav, vaid ka ebapraktiline: geen levib liiga aeglaselt.
Aleksander Enikejev
