Ученые из Калифорнийского университета в Беркли и Калифорнийского университета в Риверсайде продемонстрировали способ редактирования генома переносчиков болезней комаров, который приближает нас к их подавлению в масштабах континента.
В исследовании использовалась технология редактирования генов CRISPR/Cas9 для вставки и распространения генов, предназначенных для подавления диких насекомых, в то же время избегая сопротивления этим усилиям, которое обычно предпочитала эволюция. Экспериментальное исследование было продемонстрировано на плодовых мушках; но исследователи считают, что эта технология может быть использована для борьбы с малярией и другими заболеваниями, переносимыми комарами, в следующем десятилетии, в ожидании одобрения со стороны общественности и регулирующих органов.
Мы показали, что если вы нарушаете ген, необходимый для фертильности у самок комаров, сразу в нескольких местах, популяции становится намного труднее развиваться вокруг этого нарушения. В результате вы можете подавить Это во многом похоже на комбинированную медикаментозную терапию, но для генного драйва на основе CRISPR», - сказал Джон Маршалл, ведущий автор исследования и доцент кафедры биостатистики и эпидемиологии в Школе общественного здравоохранения Калифорнийского университета в Беркли.
Статья была опубликована недавно в журнале Nature Scientific Reports. Исследование финансировалось Национальным институтом здравоохранения, Калифорнийским университетом MEXUS и Фондом Паркера.
Технология, лежащая в основе исследования, называется системой генного драйва, которая манипулирует тем, как генетические черты наследуются от родителей к потомству. Генные драйвы используются для смещения генетического наследования в пользу быстро распространяющихся саморазрушающихся генов и могут быть экологически безопасным и экономически эффективным способом подавления популяций насекомых, распространяющих болезни. Развитие технологии редактирования генов CRISPR/Cas9 (разработанной в Калифорнийском университете в Беркли) недавно произвело революцию в системах генных драйвов, поскольку предлагает быстрый, эффективный и надежный способ внесения точных, целенаправленных изменений в геном.
Новое исследование основывало свои расчеты на генетическом драйве, который, как показали предыдущие исследования, может привести к тому, что до 99 процентов потомства наследуют вставленный ген. Тем не менее, те немногие потомки, которые не наследуют ген, представляют большую проблему для этой технологии. Часть этого потомства невосприимчива к генному драйву, поэтому любая попытка уничтожить вид комаров таким образом приведет к быстрому возвращению тех, у кого иммунитет к генном драйву. Влияние этой устойчивости на способность генного драйва распространяться и подавлять популяции обсуждалось ранее; но не был тщательно оценен.
С помощью математического моделирования новое исследование показало, что эта устойчивость окажет серьезное влияние на попытки уничтожить вид комаров в масштабах всего континента. Чтобы решить эту проблему, исследовательская группа разработала метод, который, по их мнению, может потенциально подавлять виды комаров по всему континенту.
Новая техника, называемая мультиплексированием, включает использование одного из компонентов системы CRISPR, направляющей РНК, для одновременного нацеливания на несколько участков гена. Компьютерное моделирование, проведенное исследовательской группой, предполагает, что размер популяции, которая может быть подавлена, экспоненциально увеличивается с количеством используемых направляющих РНК. Это также показывает, что с четырьмя или пятью мультиплексированными направляющими РНК вид комаров потенциально может быть подавлен в континентальном масштабе.
"Осознание того, что мы потенциально можем преодолеть проблемы сопротивления с помощью тщательного проектирования и мультиплексирования, огромно", - сказал соавтор Омар Акбари, доцент энтомологии Калифорнийского университета в Риверсайде.
Исследователи продемонстрировали технологию на плодовых мушках, организме, обычно используемом в качестве модели в лабораториях. Теперь они работают над адаптацией этой технологии к видам комаров, которые переносят малярию, лихорадку денге и вирус Зика.
Потенциал мультиплексирования огромен. С одной направляющей РНК мы могли бы подавить целую комнату комаров. С четырьмя мы потенциально могли бы подавить континент и болезни, которые они передают. Но природа умеет находить способ вокруг препятствий, поэтому для оценки этого потенциала потребуется гораздо больше работы», - сказал Маршалл.