Интересное
Отредактированная корова. Что такое технология gene drive и чем она может быть полезна
Эволюция — всегда результат мутации. Но естественным способом организмы меняются долго и стихийно. Их новоприобретённые свойства не обязательно выгодны человеку. Стремление учёных взять эти изменения под контроль положило начало селекции — искусственному отбору нужных нам мутаций. Однако и этот процесс оказался слишком долгим и не всегда контролируемым. Чтобы вывести морозоустойчивое растение, плоды которого окажутся, предположим, вкуснее, потребуется вырастить несколько поколений. И нет гарантий, что при таком искусственном отборе не пострадают другие качества организма.
Только нужные гены
Настоящим прорывом стала разработка технологии CRISPR/Cas9, механизм которой был позаимствован учёными у бактерий и архей. Это метод, с помощью которого можно вырезать дефектный ген и при необходимости вставить новый участок ДНК. Так у учёных появляется возможность быстро и точно отредактировать генетическую информацию особи, лишив её вредных свойств и задав полезные.
Сферы применения CRISPR/Cas9 много — от медицины до сельского хозяйства. Технология позволяет избавляться от некоторых наследственных заболеваний, делать организм менее восприимчивым к климатическим изменениям или болезням, увеличивать плодовитость или урожайность. Биоинженеры создают пшеницу с улучшенной регенерацией или устойчивую к засухе, не темнеющие на воздухе шампиньоны и томаты с более долгим сроком хранения. Или редактируют животных, получая новые сельскохозяйственные породы, — коров, которые менее подвержены туберкулёзу, и безопасную для человека версию безрогих быков.
Эгоистичный ген
Следующая ступень редактирования генома — gene drive («генный драйв»). Биолог и старший научный сотрудник сектора молекулярной эволюции ИППИ РАН Александр Панчин объясняет, что по классическим законам генетики половина потомков унаследует мутацию, половина не унаследует. То есть вероятность передачи того или иного варианта составляет 50%. «Если исходное число модифицированных особей относительно всей популяции было небольшим, то с каждым следующим поколением шансы, что новая аллель (вариант гена, который отвечает за какой-либо наследуемый признак. — Прим. ред.) останется в популяции, снижаются. Gene drive предполагает создание таких аллелей, которые будут передаваться потомкам в более 50% случаев. Факт их наследования перестанет быть случайным», — дополняет Павел Добрынин, генетик, научный сотрудник лаборатории геномного разнообразия университета ИТМО. Таким образом, ген, встроенный с помощью этой технологии, передаётся с вероятностью намного выше 50% и гораздо быстрее распространяется по всей популяции.
Например, с помощью gene drive можно избавиться от малярии, от которой ежегодно погибают сотни тысяч людей. Заболевание вызывают паразиты рода Plasmodium, а переносчиками выступают комары. Чтобы инфекция перестала угрожать человечеству, требуется вывести устойчивых к малярии комаров и выпустить их в естественную среду обитания. Со временем искусственно созданный вид вытеснит все или почти все его природные виды.
Как работает механизм gen drive
Способность активно и самостоятельно распространяться не только основной плюс технологии, но и причина основных опасений: потенциально нежелательные последствия изменений могут оказаться неконтролируемыми.
При чём тут эффект бабочки
Действительно, непросто спрогнозировать, как gene drive поведёт себя за пределами лабораторий и не будет ли последствий для всей экосистемы. Научный журналист и биолог Илья Колмановский в подкасте «Голый землекоп» рассказывал, как вмешательство в естественный ход вещей может повлечь за собой очень неожиданные изменения.
Человечество уже лишилось целого вида бабочек из США — голубянки Ксеркса. Правда, произошло это в результате урбанизации. Но была и другая история, которая, к счастью, коснулась только подвида бабочек, — история большой голубянки из Великобритании.
В 1952 году французский микробиолог Поль-Феликс Арман-Делиль решил истребить диких кроликов, уничтожавших его урожай. Он заразил их миксоматозом — вирусом, опасным для отряда зайцеобразных. Эпидемия быстро перекинулась на соседние земли и распространилась по Западной Европе. Пострадали и кролики в местах обитания большой голубянки. Кролики перестали подъедать траву, трава стала выше, температура у почвы опустилась на 1 градус, в результате чего начали погибать муравьи, личинками которых питались гусеницы бабочки большой голубянки.
Безопасно и полезно
В прошлом году учёные из Сан-Диего первыми в мире вывели растение с помощью технологии gene drive. Эта культура более устойчива к болезням и засухе, что особенно важно в контексте стремительного потепления климата. Работа американских учёных позволит выращивать новые сорта растений с заданными свойствами ещё точнее и быстрее, чем прежде.
Помимо новых сортов растений, для бизнеса я вижу ещё одну перспективу: борьбу с сорняками, которые создают для людей проблемы, допустим, с борщевиком. С помощью мутагенной цепной реакции гипотетически мы можем создать мутацию, которая сделает его безопаснее для человека. В мире же, когда речь заходит об основном применении генного драйва, пока всё крутится вокруг контроля каких-то патогенных для человека видов. Все разработки — это попытки либо сделать их менее опасными для нашей жизни, либо избавиться от них совсем. Например, учёные в Новой Зеландии нацелены с помощью генного драйва бороться с некоторыми инвазивными хищниками.