С помощью инструмента редактирования генов CRISPR Николай Кандул, Омар Акбари и их коллеги из Калифорнийского университета в Сан-Диего и Калифорнийского университета в Беркли разработали метод изменения ключевых генов, которые контролируют определение пола и плодовитость насекомых.
Описание нового «метода стерилизации насекомых с точным управлением», или pgSIT, опубликовано 8 января в журнале Nature Communications.
Когда яйца, полученные с помощью pgSIT, внедряются в целевые популяции, исследователи сообщают, что появляются только взрослые стерильные самцы, что приводит к новому, экологически чистому и относительно недорогому методу борьбы с популяциями вредителей в будущем.
Технология CRISPR позволила нашей команде разработать новую, эффективную, видоспецифичную, самоограничивающуюся, безопасную и масштабируемую технологию генетического контроля популяции с замечательным потенциалом для разработки и использования в борьбе с множеством насекомых-вредителей и болезней. векторов», - сказал Акбари, доцент отделения биологических наук Калифорнийского университета в Сан-Диего. «Мы твердо верим, что в будущем эта технология будет безопасно использоваться в полевых условиях для подавления и даже уничтожения целевых видов на местном уровне, тем самым революционизируя методы управления и контроля над насекомыми в будущем».
С 1930-х годов исследователи в области сельского хозяйства использовали избранные методы для выпуска стерильных самцов насекомых в дикую природу для контроля и искоренения популяций вредителей. В 1950-х годах в Соединенных Штатах был реализован метод с использованием облученных самцов для уничтожения видов вредителей, известных как мухи-мухи Нового Света, которые поедают мясо животных и наносят значительный ущерб домашнему скоту. Такие основанные на радиации методы позже использовались в Мексике и некоторых частях Центральной Америки и продолжают использоваться сегодня.
Вместо радиации новый pgSIT (метод точного управления стерильностью насекомых), разработанный за последние полтора года Кандулом и Акбари на плодовой мушке дрозофиле, использует CRISPR для одновременного разрушения ключевых генов, которые контролировать жизнеспособность самок и плодовитость самцов у видов-вредителей. Исследователи говорят, что pgSIT дает стерильное мужское потомство со 100-процентной эффективностью. Поскольку целевые гены являются общими для огромного количества насекомых, исследователи уверены, что технология может быть применена к целому ряду насекомых, включая комаров-распространителей болезней.
Исследователи представляют себе систему, в которой ученые генетически изменяют и производят яйца целевых видов вредителей. Затем яйца доставляются в места уничтожения вредителей практически в любую точку мира, что позволяет избежать необходимости в производственном предприятии на месте. Исследователи говорят, что после того, как яйца будут размещены в месте нахождения вредителя, новорожденные стерильные самцы будут спариваться с самками в дикой природе и не смогут производить потомство, что приведет к сокращению популяции.
«Это новый поворот очень старой технологии», - сказал Кандул, ассистент научного сотрудника отдела биологических наук Калифорнийского университета в Сан-Диего. «Этот новый поворот делает его чрезвычайно переносимым от одного вида к другому для подавления популяций комаров или сельскохозяйственных вредителей, например тех, которые питаются ценным винным виноградом».
Новая технология отличается от постоянно самовоспроизводящихся систем «генного драйва», которые передают генетические изменения из поколения в поколение. Вместо этого pgSIT считается «тупиком», поскольку мужское бесплодие эффективно закрывает дверь для будущих поколений.
«Техника стерильных насекомых - это экологически безопасная и проверенная технология», - отмечают исследователи в статье. «Мы стремились разработать новую, безопасную, контролируемую, неинвазивную генетическую технологию на основе CRISPR, которую можно было бы передавать между видами и внедрять во всем мире в краткосрочной перспективе для борьбы с дикими популяциями."
Благодаря pgSIT, проверенному на плодовых мушках, ученые надеются разработать технологию для комаров Aedes aegypti, ответственных за передачу лихорадки денге, вируса Зика, желтой лихорадки и других заболеваний миллионам людей.
«Распространение этой работы на других насекомых-вредителей может оказаться общей и очень полезной стратегией для борьбы со многими трансмиссивными болезнями, которые преследуют человечество и наносят ущерб сельскому хозяйству во всем мире», - сказал Суреш Субрамани, глобальный директор. Института генетики и общества Тата.
Соавторы документа включают Джунру Лю из Калифорнийского университета в Сан-Диего и Гектора Санчеса С., Шона Ву и Джона Маршалла из Калифорнийского университета в Беркли.