В качестве доказательства концепции исследователи использовали систему для нарушения развития кутикулы, крыльев и глаз, в результате чего появились полностью желтые, трехглазые и бескрылые комары. Их долгосрочная цель — использовать комаров, экспрессирующих Cas9, вместе с другой технологией, называемой генным драйвом, для вставки и распространения генов, подавляющих насекомых, избегая при этом сопротивления, которое обычно благоприятствует эволюции. Aedes aegypti являются основными переносчиками вирусов денге, чикунгуньи, желтой лихорадки и зика и быстро становятся устойчивыми к широко используемым пестицидам.
Исследование, опубликованное сегодня в Трудах Национальной академии наук (PNAS), было проведено Омаром Акбари, доцентом энтомологии Колледжа естественных и сельскохозяйственных наук UCR и членом Института интегративной геномной биологии университета.Предыдущие попытки использовать редактирование генома для предотвращения распространения патогенов комарами были затруднены из-за низкого уровня мутаций, плохой выживаемости отредактированных комаров и неэффективной передачи нарушенных генов потомству.
Акбари и его коллеги разработали трансгенных комаров, которые стабильно экспрессируют бактериальный фермент Cas9 в зародышевой линии, обеспечивая высокоэффективное редактирование генома с помощью системы CRISPR. CRISPR работает как пара молекулярных ножниц, вырезая и заменяя определенные последовательности ДНК на основе руководства по рибонуклеиновой кислоте (РНК). В статье команда использовала систему для нарушения генов, контролирующих зрение, полет и кормление, в результате чего у комаров появился дополнительный глаз, уродливые крылья и дефекты цвета глаз и кутикулы, а также другие изменения.Акбари сказал, что эти штаммы представляют собой первый шаг к использованию систем генного привода для контроля популяций комаров и уменьшения распространяемых ими болезней.
«Эти штаммы Cas9 могут быть использованы для разработки приводов расщепленных генов, которые представляют собой форму привода генов, с помощью которого Cas9 и направляющие РНК вставляются в отдельные геномные локусы и зависят друг от друга для распространения. Это самый безопасный способ развития. и протестировать гены в лаборатории, чтобы гарантировать отсутствие распространения в дикой природе », — сказал Акбари.Генный драйв значительно увеличивает вероятность того, что ген или набор генов будут переданы потомству — от 50 до 99 процентов. Это число может потенциально увеличиться до 100 процентов, когда целевой ген нарушается в нескольких сайтах, — метод, называемый мультиплексированием, который недавно был математически смоделирован Акбари и его коллегами из Калифорнийского университета в Беркли.
Генные драйвы можно использовать для смещения генетической наследственности в пользу быстро распространяющихся, саморазрушающих генов — например, тех, которые нарушают фертильность — и могут быть экологически безопасным и экономически эффективным способом подавления популяций насекомых, распространяющих болезни.«Следующие шаги должны быть предприняты для определения регуляторных последовательностей, которые могут быть использованы для экспрессии направляющих РНК из генома, и как только эти последовательности будут идентифицированы, развитие генных движений у видов должно быть готово к работе», — сказал Акбари.