В исследовании использовалась технология редактирования генов CRISPR / Cas9 для вставки и распространения генов, предназначенных для подавления диких насекомых, в то же время избегая сопротивления этим усилиям, которое обычно благоприятствует эволюции. Доказательство концепции было продемонстрировано на плодовых мушках; но исследователи полагают, что эта технология может быть использована на комарах для борьбы с малярией и другими болезнями, передаваемыми комарами, в следующем десятилетии, пока не будет одобрена общественность и регулирующие органы.
«Мы показали, что если вы нарушите ген, необходимый для фертильности у самок комаров сразу на нескольких участках, для популяции станет намного сложнее развиваться вокруг этого нарушения. В результате вы можете подавить гораздо большую популяцию. Это почти то же самое, что и комбинированная лекарственная терапия, но для генного драйва на основе CRISPR », — сказал Джон Маршалл, ведущий автор исследования и доцент кафедры биостатистики и эпидемиологии Школы общественного здравоохранения Калифорнийского университета в Беркли.Статья была недавно опубликована в журнале Nature Scientific Reports.
Исследование финансировалось Национальным институтом здоровья, Калифорнийским университетом в Мексике и Фондом Паркера.Технология, лежащая в основе исследования, называется системой генного привода, которая манипулирует тем, как генетические признаки передаются от родителей к потомству.
Генные драйвы используются для смещения генетической наследственности в пользу быстро распространяющихся саморазрушающих генов и могут быть экологически чистым и экономичным способом подавления популяций насекомых, распространяющих болезни. Развитие технологии редактирования генов CRISPR / Cas9 (разработанной в Калифорнийском университете в Беркли) недавно произвело революцию в системах генного привода, поскольку она предлагает быстрый, эффективный и надежный способ внесения точных и целенаправленных изменений в геном.
Новое исследование основывало свои расчеты на генном драйве, который, как показали предыдущие исследования, может привести к тому, что до 99 процентов потомков унаследуют вставленный ген. Однако те немногие потомки, которые не наследуют этот ген, представляют большую проблему для этой технологии.
Часть этого потомства невосприимчива к генному драйву, поэтому любая попытка уничтожить вид комаров таким образом приведет к быстрому отскоку тех, которые обладают иммунитетом к генному драйву. Влияние этой устойчивости на способность генного драйва распространять и подавлять популяции уже обсуждалось; но не была тщательно оценена.
С помощью математического моделирования новое исследование показало, что это сопротивление окажет серьезное влияние на попытки уничтожить вид комаров в масштабах всего континента. Чтобы решить эту проблему, исследовательская группа разработала метод, который, как они определили, потенциально может подавить появление комаров на всем континенте.
Новый метод, называемый мультиплексированием, предполагает использование одного из компонентов системы CRISPR, направляющей РНК, для одновременного нацеливания на несколько участков в гене. Компьютерное моделирование, проведенное исследовательской группой, предполагает, что размер популяции, которую можно подавить, увеличивается экспоненциально с увеличением количества используемых направляющих РНК.
Это также показывает, что с четырьмя или пятью мультиплексированными направляющими РНК виды комаров потенциально могут быть подавлены в континентальном масштабе.«Очень важно знать, что мы потенциально можем преодолеть проблемы сопротивления с помощью тщательного проектирования и мультиплексирования», — сказал соавтор-корреспондент Омар Акбари, доцент энтомологии в Калифорнийском университете в Риверсайде.Исследователи продемонстрировали технологию на плодовых мушках — организме, который обычно используется в качестве модели в лабораториях. Сейчас они работают над адаптацией этой технологии к видам комаров, которые являются переносчиками малярии, денге и вируса Зика.
«Потенциал мультиплексирования огромен. С одной направляющей РНК мы могли бы подавить комнату комаров.
С помощью четырех мы потенциально могли бы подавить континент и болезни, которые они передают. Но природа умеет находить способ обходить препятствия, поэтому оценка этот потенциал потребует гораздо больше работы », — сказал Маршалл.