Так называемые генные драйвы, которые используют технологию CRISPR для воздействия на генетическую наследственность, обещают быстрое распространение определенных генетических признаков среди популяций данного вида. Например, генные технологии, применяемые у насекомых, разрабатываются для того, чтобы остановить распространение разрушительных болезней, таких как малярия и лихорадка денге, путем предотвращения заражения хозяев-комаров. На сельскохозяйственных полях разрабатываются генные двигатели, которые помогают контролировать или устранять экономически вредные вредители сельскохозяйственных культур.
Но наряду со способностью изменять популяции высказывались опасения относительно долгосрочных эффектов этих преобразующих новых технологий в дикой природе.
Исследователи и специалисты по этике задавали вопросы о том, как генные побуждения, однажды вышедшие из-под контроля в региональной популяции, могут быть сдержаны при необходимости.
Теперь исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего, Института генетики и общества Тата (TIGS) в Калифорнийском университете в Сан-Диего и их коллеги из Калифорнийского университета в Беркли разработали новый метод, который обеспечивает больший контроль над высвобождением генного драйва. Подробности нового «сплит-драйва» опубликованы 5 марта в журналах Nature Communications и eLife.
Наиболее распространенные генные накопители используют двухкомпонентную систему, которая включает в себя фермент, расщепляющий ДНК (называемый Cas9), и направляющую РНК (или гРНК), которая нацелена на разрезы в определенных участках генома.
После разрезания Cas9 / gRNA генный драйв вместе с грузом, который он несет, копируется в сайт разрыва посредством процесса репарации ДНК.
В то время как классические генные диски предназначены для автономного распространения, недавно разработанная система разработана с элементами управления, которые разделяют процессы генетической реализации.
Система раздельного привода состоит из нераспространяемого компонента Cas9, вставленного в одно место в геноме, и второго генетического элемента, который может копировать себя – вместе с полезным признаком – в отдельный участок. Когда оба элемента присутствуют вместе у индивидуума, создается «активный генный драйв», который распространяет элемент, несущий полезный признак, на большую часть его потомства. Тем не менее, когда элемент не связан, элемент, несущий полезный признак, наследуется в соответствии с типичными правилами генетики поколений или менделевскими частотами, а не безудержно распространяется.
Как описано в документе Nature Communications, за счет небольших затрат на приспособленность, которые в конечном итоге устраняют фермент Cas9 из популяции, система раздельного привода значительно увеличивает контроль и безопасность генетических развертываний.
«Изучение влечений в основных генах само по себе не является новой идеей, но мы заметили, что определенные ситуации расщепления были способны эффективно распространять груз при первом введении, не оставляя следов Cas9 через несколько поколений, а также несколько ошибок в процесс репарации ДНК, который быстро размывался ", – сказал Джерард Террадас, первый автор статьи в Nature Communications и научный сотрудник отделения биологических наук Калифорнийского университета в Сан-Диего.
В документе Nature Communications также указываются преимущества того, как генные побуждения воспринимаются общественностью, поскольку усилия по изменению диких популяций могут гибко разрабатываться различными способами в зависимости от желаемого результата.
Новая система сплит-драйва следует за исследованием, объявленным в сентябре, в котором исследователи Калифорнийского университета в Сан-Диего возглавили разработку двух новых активных стратегий нейтрализации генетики, которые предназначены для остановки или инактивации генных побуждений, выпущенных в дикой природе.
«Мы надеемся, что разработанные нами гибкие конструктивные особенности будут широко применимы, позволяя применять индивидуальные подходы к борьбе с насекомыми-переносчиками и вредителями в различных контекстах», – сказал выдающийся профессор Калифорнийского университета в Сан-Диего Итан Бир, старший автор исследования Nature Communications и научный директор для TIGS-UC Сан-Диего.
«Эти основополагающие статьи отражают огромные усилия и плодотворное сотрудничество между UC, чтобы продемонстрировать новую архитектуру генного привода для смягчения образования устойчивых аллелей, обеспечивая при этом безопасные средства для модификации диких популяций», – сказал доцент Калифорнийского университета в Сан-Диего Омар Акбари , старший автор исследования eLife.