Все живе можна знищити на генному рівні

Вченим вдалося розробити генетичне зброю, яке може знищити цілі види живих організмів на нашій планеті. Це технологія генного драйву, яка дозволяє поширити в популяціях тварин шкідливі мутації. Природоохоронні організації виступили з протестами проти застосування даної технології, проте вчені стверджують, що цей підхід може принести людям і велику користь, оскільки допоможе знищити небезпечні захворювання. Зокрема, за допомогою даної технології, а якщо точніше - за допомогою модифікованих комарів, вчені мають намір боротися з малярією.

Малярією називають групу інфекційних захворювань, які викликаються паразитичними одноклітинними організмами роду плазмодій. При укусі самок малярійних комарів ці організми потрапляють в кров людини. Поширені ці комарі по всьому світу, крім Крайньої Півночі, Антарктиди і Східного Сибіру. Найчастіше малярією хворіють люди в Африці, найбільше від захворювання страждають діти. Малярій щорічно забирає життя близько півмільйона людей, більше половини яких - це діти до п`яти років.

Протягом декількох років учені думають над тим, яким чином подолати малярію, використовуючи методи генної інженерії. Одним із способів є внесення в ДНК комарів таких генів, які не дозволять плазмодія оселиться в них. Однак існує велика проблема. Навіть в тому випадку, якщо вченим вдасться створити кілька тисяч безпечних малярійних комарів і випустити їх у навколишнє середовище, забезпечити поширення необхідного гена в умовах дикої популяції практично неможливо.

Генетично модифіковані комарі будуть мати дві копії противомалярийного гена (на кожній хромосомі по одній копії). При цьому відомо, що потомством успадковується тільки одна хромосома, причому, випадковим чином. Таким чином, при спарюванні зміненого комара і дикої самки з дикої популяції без необхідно го гена, потомство успадкує тільки одну копію гена. Цю копію отримає приблизно половина наступного покоління малярійних комарів (тому як мутантних хромосому успадкують в ймовірністю 50 відсотків). В кінцевому підсумку, протималярійні гени з популяції з часом зовсім зникнуть, оскільки природний відбір їх не підтримає.

Відео: ЙОГО НЕРЕАЛЬНО ЗНИЩИТИ | ВСЕ ХТО НАМАГАВСЯ В ангарі! НАВІТЬ сімох

Втім, стверджують фахівці, запобігти усунення з дикої популяції потрібного гена, можна використовувати технологію, відому під назвою генний драйв. Суть її полягає в тому, щоб скопіювати з однієї хромосоми на іншу необхідний ген. В такому випадку організм, який мав одну копію гена, отримає дві копії і зі 100-відсотковою ймовірністю передасть її нащадкам. Зробити це можна кількома способами.

Одним із способів є використання ендонуклеаз рестрикції, тобто, ферментів, що здійснюють у подвійній ланцюжку ДНК розріз в певному місці. У разі внесення в хромосому розрізу, почнеться процес її відновлення, в ході якого в розрізаний ділянку ланцюжка копіюється аналогічний, але неушкоджений, працювати з іншого хромосоми. Але складність полягає в тому, що ендонуклеази розрізають ланцюжок лише в тому випадку, якщо вони визначають специфічну комбінацію білків. На одній хромосомі таких комбінацій може бути безліч, поетом існує ризик розрізати хромосому на велику кількість дрібних шматочків. Саме тому використовувати ендонуклеаз рестрикції для генного драйву вкрай складно.

Ці ферменти може замінити технологія CRISPR / Cas9, яка дає можливість зробити розріз з потрібному місці. Нуклеаза Cas9 розріже подвійну ланцюжок ДНК в тому місці, який вкаже sg-РНК або РНК-гід - коротка молекула нуклеїнової кислоти, аналогічна потрібної ділянки. Таким чином, ймовірність розрізу ланцюжка ДНК не в тому місці можна мінімізувати за рахунок синтезу досить довгого РНК-гіда.

Вчені з лондонського Імперського коледжу в 2015 році за допомогою технології CRISPR / Cas9 створили генний драйв, що сприяє поширенню мутації, яка викликає у самок малярійних комарів безпліддя. Самки, у яких присутня мутантний ген на обох хромосомах є безплідними, в той час як самці можуть поширювати його в межах популяції. Таким чином можливо не тільки зменшення популяції малярійних комарів до того рівня, коли зараження малярією стане рідкістю, а й активно боротися з розвитком стійкості до пестицидів і знищувати заразні види.

У той же час, існують деякі побоювання, що безконтрольне поширення гена в живій природі може спровокувати непередбачені наслідки. Еволюційний еколог Джеймс Коллінз з Університету штату Арізона стверджує, що вченим невідомо, яким чином генний драйв може вплинути на стан екосистем і динаміку популяцій. Так, зокрема, при повному знищенні виду або навіть сильному зниженні чисельності можливо активне поширення інших видів. Тому випускати модифікованих комарів в дику природу без урахування всіх ризиків не можна. З іншого боку, випробувати генний драйв іншим способом просто неможливо, тому як його тестування припускає знаходження комах в умовах дикої природи.

Дослідники називають цю проблему Вивертом-22, тому як рішення її суперечить самій собі. Втім, біологам з Массачусетського інституту технології і Гарвардського університету вдалося придумати, як зробити так, щоб генний драйв спочатку сприяв поширенню потрібного мутантного гена, а через кілька поколінь привів до його повного зникнення.

Суть полягає в тому, щоб копіювати необхідну ділянку ДНК з однієї хромосоми на іншу не відразу, а поступово. Здійснення генного драйву відбувається за допомогою трьох елементів, які складаються з декількох генів. Елемент А буде копіюватися на другу хромосому тільки при наявності елемента В, а він, у свою чергу, тільки в разі наявності елемента С. Сам же третій елемент в популяції поширюється шляхом звичайного спадкування, передаючись лише половині потомства.

Відео: Що буде якщо знищити всіх рейдерів в Nuka world "Fallout 4" сезон полювання

Парування генетично модифікованих і диких комах призведе до того, що все потомство буде мати елементи А і В, і тільки половина - елемент С. В кінцевому підсумку, відповідно до закону успадкування, перші два елементи швидко розповсюджуватися в популяції. Через кілька поколінь третій елемент практично повністю зникне, за ним зникне другий елемент, а ще через деякий час - і елемент А. Поширення мутантного гена, відзначають вчені, буде залежати від кількості комах, які будуть випущені в дику середу. Можливо зробити так, що майже всі особини, поширені на одній території, будуть носіями мутантного гена, але в умовах більшої популяції мутації поширюватися не зможуть. У разі успішних випробувань перед вченими постане питання про необхідність застосування даної технології в тих регіонах, де існує реальна загроза життю людей від малярійних комарів.

Проти генного драйву виступили деякі некомерційні організації, серед яких рада за відповідальну генетику і «Друзі Землі». За їх словами, дана технологія - це технологія генного вимирання. Більш того, було внесено пропозицію про введення мораторію, але в кінці 2016 року учасники програми конвенції ООН про біологічне різноманіття дозволили застосування генного драйву, закликавши вчених бути обережними при проведенні польових випробувань.

Дана технологія вже була протестована в деяких країнах. Згідно з результатами п`яти випробувань, проведених за період 2011-2014 років на островах Кайман, в Панамі, в північно-східній частині штату Баїя в Бразилії, популяція диких комарів знизилася на 90 відсотків. В даний час в Бразилії мають намір випустити мільйони генетично модифікованих комах в живу природу з метою боротьби проти лихоманки Зика, жовтої лихоманки, денге і чикунгунья.

Таким чином, вчені довели можливість впливу на природні екосистеми за допомогою генної інженерії. Але чи можливо модифікувати геном людини для позбавлення від спадкових захворювань або щоб зробити людей несприйнятливими до малярії?

У поточному місяці була опублікована доповідь Національної академії наук та медицини Сполучених Штатів Америки, в якому вчені допускають можливість зміни ДНК людини для боротьби з мутаціями, які викликають серйозні порушення в функціонуванні організму. Це означає, що фактично дефектні гени можна виправляти у людських ембріонів. Завдяки цьому можна позбутися від таких хвороб, як фатальна сімейна безсоння або хорея Гентингтона. Використання технології генного драйву обмежена популяціями диких тварин. Що стосується людини, то його застосування не тільки сумнівно з точки зору етики, а й недоцільно, тому як поширення гена буде протікати дуже повільно.