Основным препятствием для применения генной инженерии на благо людей и окружающей среды является риск того, что организмы, чьи гены были изменены, могут производить потомство со своими естественными аналогами, высвобождая новые гены в дикую природу. Теперь исследователи из Института биотехнологии Миннесотского университета разработали многообещающий способ предотвращения такого межпородного скрещивания. Подход, называемый «синтетической несовместимостью», фактически превращает искусственные организмы в отдельный вид, неспособный производить жизнеспособное потомство со своими дикими или одомашненными родственниками..
Синтетическая несовместимость применяется для контроля или искоренения инвазивных видов, вредителей сельскохозяйственных культур и насекомых-переносчиков болезней, а также для предотвращения проникновения измененных генов из генетически модифицированных культур в другие популяции растений. Результаты были опубликованы онлайн в журнале Nature Communications.
Технология использует новый класс молекулярных инструментов, называемых «программируемыми факторами транскрипции», которые позволяют контролировать, какие гены включаются, а какие выключаются в организме. Если искусственный организм спаривается с диким аналогом, факторы транскрипции делают потомство неспособным выжить, активируя гены, вызывающие гибель их клеток.
«Этот подход особенно ценен, потому что мы не вводим никаких токсичных генов», - сказал Мацей Маселко, научный сотрудник лаборатории Смански, который выполнял работу.«Генетическая несовместимость возникает из-за того, что гены, уже находящиеся в организме, включаются не в том месте и не в то время».
Исследование проводилось на пивных дрожжах, но оно потенциально может быть применено к насекомым, водным организмам и растениям с использованием нового метода редактирования генов, известного как CRISPR-Cas9. «Другие методы контроля потока генов, например, разрушение пыльцы или использование химического вещества для контроля размножения сельскохозяйственных культур, очень специфичны для вида и изменяют способ размножения сельскохозяйственных культур. Ожидается, что наш подход будет работать практически в любом организме, размножающемся половым путем, без изменения того, как они размножаются. обычно растут», - сказал Майкл Смански, доцент, руководивший исследованием.
Синтетическая несовместимость может позволить использовать сельскохозяйственные культуры для производства лекарств, а также продуктов питания, кормов и топлива. Это также вселяет надежду на использование генной инженерии для контроля над популяциями инвазивных видов или вредителей, таких как азиатский карп в Северной Америке и комары-переносчики болезней во всем мире.
Следующим шагом, по словам Смански, будет демонстрация того, что этот подход может работать в организмах, отличных от дрожжей. «Мы работаем над тем, чтобы перейти к моделированию рыб, насекомых, нематод и растений», - сказал он.
Колледж биологических наук Университета Миннесоты стремится улучшить благосостояние людей и глобальные условия, расширяя знания о механизмах жизни и готовя студентов к созданию биологии завтрашнего дня.