Znanstvenici su razvili genetsko oružje sposobno izbrisati čitave vrste organizama s lica Zemlje. Riječ je o tehnologiji pokretanja gena koja omogućava širenje štetnih mutacija u populaciji životinja. No, unatoč protestima udruga za zaštitu okoliša, ovaj pristup može uvelike koristiti ljudima uklanjanjem opasnih bolesti. "Lenta.ru" govori o tome kako će se znanstvenici boriti protiv malarije koristeći modificirane komarce.
DNK saboteri
Malarija je skupina zaraznih bolesti uzrokovanih parazitskim jednoćelijskim organizmima roda Plasmodium. U ljudsku krv ulaze kada ih ujedu komarci Anopheles, također poznati kao malarijski komarci. Ovi insekti su rasprostranjeni po cijelom svijetu, osim na Antarktiku, krajnjem sjeveru i istočnom Sibiru. Najviše od malarije je bolesno u Africi, a prije svega - djeca. Malarija svake godine ubije gotovo pola milijuna ljudi, a većina žrtava su djeca mlađa od pet godina.
Znanstvenici već nekoliko godina razmišljaju o tome kako je genetski napravljen da pobijedi malariju. Jedan od načina je unošenje gena u komarce koji će spriječiti da se plazmodium naseli u njima. Ali postoji problem. Recimo da stvorimo nekoliko tisuća sigurnih komaraca protiv malarije i pustimo ih u okoliš. Kako osigurati širenje željenog gena u divljini?
Genetski modificirani komarci imat će dvije kopije antimalarijskog gena (po jedan na svakom kromosomu). Potomstvo nasljeđuje samo jedan od kromosoma (koji odlučuje o slučaju). Stoga, ako izmijenjeni komarac i divlji pojedinac pari bez željenog gena, samo će jedna kopija gena preći na potomstvo. I tek oko polovine sljedeće generacije komaraca dobit će tu kopiju (budući da mutirani kromosom nasljeđuje 50 posto). Kao rezultat toga, antimalarijski geni će postupno nestajati iz populacije - prirodna selekcija ih vjerojatno neće podržati.
Tehnika poznata kao gonni pogon može se koristiti za sprječavanje uklanjanja (uklanjanja) gena iz divlje populacije. Sastoji se u tome da na neki način kopiramo gen koji nam treba iz jednog kromosoma u drugi. Tada će organizam koji je imao samo jednu kopiju gena dobiti dvije kopije i proslijediti ga svom potomstvu sa 100% vjerojatnosti. Kako se to radi?
Promotivni video:
Jedan od načina je upotreba restrikcijskih endonukleza, enzima koji rezuju dvostruki lanac DNA na određenom mjestu. Ako napravite prekid kromosoma, tada će započeti proces njegove obnove. Tijekom nje, netaknuti dio iz susjednog kromosoma kopira se u rezni lanac. Međutim, endonukleaze rezu ako "prepoznaju" specifičnu kombinaciju nukleotida. Na kromosomu može biti mnogo takvih kombinacija, pa rizikujemo da kromosom narežemo na mnogo komada. Ovo, kao i drugi čimbenici, usložnjava uporabu restrikcijskih endonukleaza za pokretanje gena.
CRISPR / Cas9 tehnologija može zamijeniti ove enzime, što nam omogućava napraviti rez na točno mjestu na kojem trebamo. Cas9 nukleat će napraviti proboj u dvostrukom lancu DNA na mjestu (ciljno mjesto) „naznačeno“od strane vodiča RNA ili sg-RNA. To je tako kratka molekula nukleinske kiseline koja je komplementarna ciljnom mjestu, stoga se sintetiziranjem dovoljno dugog vodiča RNA vjerojatnost rezanja na pogrešnom mjestu svodi na minimum.
U 2015. godini, znanstvenici s Imperial Collegea u Londonu stvorili su genske pokrete pomoću CRISPR / Cas9 koji promiču širenje mutacije koja uzrokuje neplodnost kod komaraca malarije. Ženke s mutiranim genima na oba kromosoma sterilne su, a mužjaci ga mogu širiti u populaciji. Na taj je način moguće ne samo smanjiti populaciju Anophelesa do razine na kojoj će infekcija Plasmodium malarijom postati rijetka, već i boriti se protiv razvoja otpornosti na pesticide i uništiti invazivne vrste.
Genska apokalipsa
Međutim, postoje zabrinutosti da nekontrolirano širenje gena može izazvati nenamjerne posljedice u divljini. Prema riječima evolucijskog ekologa Jamesa Collinsa sa sveučilišta Arizona State, u intervjuu za Science, nije poznato kako će gonni pogon utjecati na dinamiku populacije i zdravlje ekosustava. Na primjer, potpuno uništavanje neke vrste ili čak snažan pad broja dovodi do širenja drugih vrsta. Stoga se modificirani komarci ne smiju puštati u divljinu bez uzimanja u obzir svih rizika. Međutim, kako možete testirati gensku nagonu ako samo testiranje zahtijeva da insekti budu u divljini?
James Collins
Znanstvenici ovaj problem nazivaju Catch-22 jer njegovo rješenje proturječi samom sebi. Međutim, biolozi sa Sveučilišta Harvard i Tehnološkog instituta u Massachusettsu smislili su kako osigurati da genska nagonnost može najprije promicati širenje mutirajućeg gena, a nakon nekoliko generacija dovesti do njegovog nestanka.
Poanta je u tome da se kopiranje potrebnog dijela DNK s jednog kromosoma u drugi odvija u koracima. Pogon gena pokreću tri elementa, od kojih se svaki sastoji od jednog ili više gena. Element A kopira se i ubacuje u homologni kromosom u prisutnosti elementa B, a element B u prisutnosti elementa C. Sam element C se distribuira u populaciji normalnim nasljeđivanjem i prenosi na samo polovicu potomstva.
Parenje genetski modificiranih insekata s divljim komarcima dovest će do činjenice da će svi potomci nositi elemente A i B, ali samo polovica njih nosit će element C. Kao rezultat toga, prema zakonima o nasljeđivanju, A i B će se prvo brzo proširiti u populaciji, i nakon određenog iznosa naraštaja, element C će praktično nestati, a slijedi element B i, konačno, A. Širenje mutirajućeg gena ovisit će o tome koliko insekata se pusti u prirodni okoliš. Možete biti sigurni da će gotovo svi pojedinci koji žive na određenom teritoriju biti nositelji mutacija, ali u većoj populaciji geni se neće moći širiti. Ako su ispitivanja uspješna, ozbiljno će se postaviti pitanje primjene tehnologije tamo gdje postoji jasna prijetnja ljudskom zdravlju od komaraca malarije.
Sve je odlučeno
Neke neprofitne organizacije, poput prijatelja Zemlje i Vijeća za odgovornu genetiku, izjasnile su se protiv pokretanja gena, nazivajući ga tehnologijom izumiranja gena. Predložili su uvođenje moratorija. Međutim, u prosincu 2016., strane UN-ove Konvencije o biološkoj raznolikosti odobrile su uporabu genskog pogona pozivajući na oprez u terenskim ispitivanjima.
Foto: Public Domain / Wikimedia
U nekim je zemljama tehnologija već testirana. Rezultati pet terenskih pokusa provedenih od 2011. do 2014. u Panami, Kajmanskim otocima i sjeveroistočnoj brazilskoj državi Bahiji pokazali su da je broj divljih komaraca opao za 90 posto. Sada će Brazil izbaciti milijune genetski modificiranih insekata koji će se boriti protiv Žike, denge, žute groznice i chikungunya.
Dakle, dokazana je mogućnost utjecaja na prirodne ekosustave genetskim inženjeringom. Međutim, je li moguće izmijeniti ljudske genome izravno kako bi se riješili nasljednih bolesti? Ili učiniti da su ljudi imuni na plazmodijsku malariju?
U veljači 2017. američke Nacionalne akademije znanosti i medicine objavile su izvještaj u kojem su stručnjaci dopustili da se DNK ljudi promijeni u borbi protiv mutacija koje uzrokuju ozbiljne poremećaje u tijelu. U stvari to znači ispravljanje neispravnih gena u ljudskim embrionima. Ovo će vam pomoći da se nosite s bolestima poput Huntington-ove kore ili fatalne obiteljske nesanice. Međutim, upotreba tehnologija pokretanja gena bit će ograničena na populacije divljih životinja, budući da je njihova upotreba kod ljudi ne samo upitna s etičkog stajališta, već i nepraktična: gen će se širiti prelagano.
Aleksandar Enikeev