Хотя было доказано, что новейшие генные двигатели эффективно распространяются, как и было задумано в лабораторных условиях, были высказаны опасения относительно безопасности внедрения таких систем в дикие популяции. Возникли вопросы о предсказуемости и управляемости генов, а также о том, могут ли они, будучи однажды выпущенными, быть отозваны в полевых условиях, если они распространились за пределы предполагаемой области применения.
Теперь ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего и их коллеги разработали две новые активные генетические системы, которые борются с такими рисками, останавливая или устраняя генные движения в дикой природе.
Сентябрь.18 января 2020 года в журнале Molecular Cell, исследование, проведенное Сян-Ру Сюй, Эмили Балджер и Валентино Ганц из Отделения биологических наук, предлагает два новых решения, основанных на элементах, разработанных в плодовой мушке обыкновенной.
«Один из способов снизить предполагаемые риски генных побуждений – разработать подходы, чтобы остановить их распространение или, при необходимости, удалить их», – сказал выдающийся профессор Итан Бир, старший автор статьи и научный директор Института генетики и общества Тата. "Было много опасений по поводу того, что с генным драйвом связано так много неизвестного. Теперь мы исчерпали возможности, как на генетическом, так и на молекулярном уровне, и разработали смягчающие элементы."
Первая система нейтрализации, называемая e-CHACR (стирание конструкции автокаталитической цепной реакции), предназначена для того, чтобы остановить распространение генного драйва, «стреляя в него из собственного ружья»."e-CHACR используют фермент CRISPR Cas9, содержащийся в гене, чтобы копировать себя, одновременно мутируя и инактивируя ген Cas9. Сюй говорит, что e-CHACR можно разместить в любом месте генома.
«Без источника Cas9 он передается по наследству, как любой другой нормальный ген», – сказал Сюй. «Однако, как только e-CHACR сталкивается с генным влечением, он деактивирует генный драйв на своем пути и продолжает распространяться среди нескольких поколений,« преследуя »элемент влечения, пока его функция не будет потеряна для популяции."
Вторая система нейтрализации, называемая ERACR (элемент, обращающий вспять автокаталитическую цепную реакцию), предназначена для полного устранения генного драйва.
ERACR предназначены для встраивания в сайт генного привода, где они используют Cas9 из генного привода, чтобы атаковать любую сторону Cas9, вырезая его. После удаления генного драйва ERACR копирует себя и заменяет генный драйв.
«Если ERACR также получает преимущество, неся функциональную копию гена, нарушенного генным драйвом, то он мчится к финишу, полностью устраняя генный драйв с непоколебимой решимостью», – сказал Бир.
Исследователи тщательно протестировали и проанализировали e-CHACR и ERACR, а также полученные в результате последовательности ДНК с мельчайшими подробностями на молекулярном уровне. По оценке Биера, исследовательская группа, в которую входят разработчики математического моделирования из Калифорнийского университета в Беркли, потратила около 15 лет усилий на всестороннюю разработку и анализ новых систем.
Тем не менее, он предупреждает, что существуют непредвиденные сценарии, которые могут возникнуть, и системы нейтрализации не должны использоваться с ложным чувством безопасности для внедряемых в полевых условиях генных двигателей.
«Такие тормозные элементы следует просто разработать и хранить в резерве на случай, если они понадобятся, поскольку неизвестно, могут ли некоторые из редких исключительных взаимодействий между этими элементами и генными побуждениями, которые они призваны ограничить, иметь непреднамеренные действия», – сказал он.
По словам Балджера, генные двигатели обладают огромным потенциалом облегчения страданий, но их ответственное использование зависит от наличия механизмов контроля в случае возникновения непредвиденных последствий. ERACR и eCHACR предлагают способы остановить распространение генного привода и, в случае ERACR, потенциально могут вернуть сконструированную последовательность ДНК в состояние, намного более близкое к естественной последовательности.
«Поскольку ERACR и e-CHACR не имеют собственного источника Cas9, они будут распространяться только до самого генного привода и не будут редактировать популяцию дикого типа», – сказал Балджер. «Эти технологии несовершенны, но теперь у нас есть гораздо более полное понимание того, почему и как непредвиденные результаты влияют на их функции, и мы считаем, что они могут стать мощными механизмами контроля генного привода, если возникнет такая необходимость."