Новые генные драйвы на основе CRISPR и более широкие технологии активной генетики революционизируют способы, с помощью которых ученые разрабатывают способы передачи определенных признаков от одного поколения к другому.
Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали новую версию генного драйва, которая открывает дверь для распространения специфических, благоприятных тонких генетических вариантов, также известных как «аллели», среди населения.
Новый «аллельный драйв», описанный 9 апреля в Nature Communications, оснащен направляющей РНК (гРНК), которая направляет систему CRISPR на вырезание нежелательных вариантов гена и замену его предпочтительной версией гена.. Новый привод расширяет возможности ученых по изменению популяций организмов с помощью точного редактирования. Используя обработку текстов в качестве аналогии, генные драйвы на основе CRISPR позволяют ученым редактировать предложения генетической информации, а новый аллельный драйв предлагает побуквенное редактирование.
В одном из примеров его потенциального применения можно указать, что определенные гены сельскохозяйственных вредителей, которые стали устойчивыми к инсектицидам, могут быть заменены оригинальными естественными генетическими вариантами, придающими чувствительность к инсектицидам, с использованием аллельных драйвов, которые выборочно меняют идентичность одного белкового остатка (аминокислота).
Помимо применения в сельском хозяйстве, насекомые-переносчики болезней могут стать мишенью для аллельных драйвов.
Если мы включим такую нормализующую гРНК в элемент генного драйва, например, элемент, предназначенный для иммунизации комаров против малярии, результирующий аллельный генный драйв будет распространяться в популяции. Когда этот драйв двойного действия сталкивается с инсектицидом -резистентный аллель, он вырежет и восстановит его, используя восприимчивый аллель дикого типа», - сказал Итан Бир, старший автор новой статьи. «В результате почти все появившееся потомство будет чувствительным к инсектицидам, а также невосприимчивым к передаче малярии».
«Принуждение этих видов к их естественному чувствительному состоянию с помощью аллельных влечений поможет разорвать нисходящий цикл постоянно растущего и наносящего ущерб окружающей среде чрезмерного использования пестицидов», - сказала Аннабель Гишар, первый автор статьи.
Исследователи описывают две версии аллельного влечения, в том числе «копирование-вырезание», при котором исследователи используют систему CRISPR для выборочного вырезания нежелательной версии гена, и более широко применимую версию, называемую «копированием». «прививка», которая способствует передаче предпочтительного аллеля рядом с сайтом, который избирательно защищен от расщепления гРНК.
«Неожиданный вывод из этого исследования заключается в том, что ошибки, вызванные такими аллельными влечениями, не передаются следующему поколению», - сказал Гишар. «Эти мутации вместо этого вызывают необычную форму летальности, известную как «летальный мозаицизм». Этот процесс помогает сделать аллельные диски более эффективными, немедленно устраняя нежелательные мутации, созданные дисками на основе CRISPR».
Несмотря на то, что новая технология была продемонстрирована на плодовых мушках, она также имеет потенциал для широкого применения на насекомых, млекопитающих и растениях. По словам исследователей, несколько вариантов технологии аллельного драйва могут быть разработаны с использованием комбинаций благоприятных признаков сельскохозяйственных культур, которые, например, процветают на бедных почвах и в засушливых условиях, чтобы помочь прокормить постоянно растущее население мира.
Помимо экологических приложений, аллельные драйвы должны позволить разработать модели животных следующего поколения для изучения болезней человека, а также для ответа на важные вопросы фундаментальной науки. Как член Института генетики и общества Тата (TIGS), Бир говорит, что аллельные драйвы могут быть использованы для помощи в усилиях по сохранению окружающей среды, чтобы защитить уязвимые эндемичные виды или остановить распространение инвазивных видов.
Генные драйвы и активные генетические системы в настоящее время разрабатываются для использования у млекопитающих. Ученые говорят, что аллельные драйвы могут ускорить получение новых лабораторных штаммов животных, моделирующих болезни человека, которые помогут в разработке новых лекарств.
Другие авторы статьи: Тиша Хак, Маркетта Бобик, Сян-Ру Сюй, Карисса Клансек, Раджа Кушва, Бхагьяшри Кадускар и Валентино Ганц из отдела биологических наук Калифорнийского университета в Сан-Диего и Матеус Берни из Федерального университета Рио-де-Жанейро, Бразилия.