Kokonaisen lajin genomin muuttamiseen kykenevää kiistanalaista teknologiaa on sovellettu ensimmäistä kertaa nisäkkäisiin. BioRxiv preprint -palvelimella 4. heinäkuuta julkaistussa1 artikkelissa tutkijat kuvaavat CRISPR-geeninmuokkaustekniikan avulla laboratoriohiirille kehitettyjä ”geeniajureita”, joita voitaisiin käyttää ongelmallisten eläinpopulaatioiden hävittämiseen.

Geeniajurit varmistavat, että valitut mutaatiot periytyvät lähes kaikkiin eläimen jälkeläisiin. Niitä on jo luotu hyttysissä laboratoriossa mahdollisena malarian torjuntastrategiana. Tutkijat ovat nostaneet esiin mahdollisuuden, että teknologian avulla voitaisiin tappaa vierasrotat, hiiret ja muut jyrsijätuholaiset. Uusin tutkimus kuitenkin romuttaa toiveet siitä, että näin tapahtuisi lähiaikoina, sanovat tutkijat. Tekniikka toimi epäjohdonmukaisesti laboratoriohiirillä, ja lukemattomia teknisiä esteitä on vielä jäljellä, ennen kuin tutkijat voivat edes harkita työkalun vapauttamista luontoon.

”On viitteitä siitä, että se voisi toimia, mutta se on myös pelottavaa”, sanoo Paul Thomas, kehitysgenetiikan tutkija Adelaiden yliopistossa Australiassa, joka ei ollut mukana tutkimuksessa. ”On vielä paljon tehtävää, ennen kuin geeniajoja voidaan pitää hyödyllisenä välineenä jyrsijöiden populaatioiden kontrolloinnissa”. Hänen laboratorionsa tekee samankaltaista työtä osana kansainvälistä konsortiota, jonka tarkoituksena on käyttää geeniajureita invasiivisten jyrsijöiden torjuntaan.

Geeniajurit toimivat varmistamalla, että suurempi osa eliön jälkeläisistä perii tietyn ”itsekkään” geenin kuin mitä sattumalta tapahtuisi, jolloin mutaatio tai vieras geeni leviää nopeasti populaatiossa. Niitä esiintyy luonnostaan joissakin eläimissä, kuten hiirissä, joissa ne voivat aiheuttaa kuoleman tai hedelmättömyyttä. Vallankumouksellinen CRISPR-Cas9-geeninmuokkaustyökalu on kuitenkin johtanut synteettisten geeniajureiden kehittämiseen, joiden tarkoituksena on eliminoida ongelmalajit, kuten malariaa levittävät hyttyset, luonnosta esimerkiksi varmistamalla, että jälkeläiset ovat hedelmättömiä. Teknologia on herättänyt kiistoja – ja jopa epäonnistuneen yrityksen kieltää sen käyttö maailmanlaajuisesti – sillä jos geeniajureita kantavia organismeja päästetään luontoon, niitä voi olla vaikea pitää kurissa.

San Diegossa sijaitsevan Kalifornian yliopiston kehitysgenetiikan tutkijan Kim Cooperin johtama ryhmä ei yrittänyt kehittää geeniajuria, joka tekisi laboratoriohiiristä (Mus musculus) hedelmättömiä. Tutkijoiden tavoitteena oli pikemminkin luoda testialusta teknologialle, josta heidän mukaansa voisi olla hyötyä myös perustutkimuksessa: he puolueellisesti periytyivät mutaation, joka antaa hiirille täysin valkoisen turkin, eikä hedelmättömyyttä.

CRISPR-pohjaisissa geeniajoissa käytetään geeninmuokkaustyökalua kopioimaan mutaatio yhdestä kromosomista toiseen kromosomiparin toiseen kromosomiin yleensä eläimen varhaiskehityksen aikana. Kun Cooperin ryhmä yritti tätä hiiren alkioissa, mutaatio ei aina kopioitunut oikein, ja prosessi toimi vain naarasalkioissa.

Ryhmä arvioi, että tämä voi johtaa siihen, että mutaatio periytyy keskimäärin noin 73 prosentille naarashiiren jälkeläisistä sen sijaan, että se periytyisi tavallisesti 50 prosentille useimmista geeneistä, jotka toimivat normaalien periytymissääntöjen mukaisesti. Cooper kieltäytyi kommentoimasta ryhmänsä työtä, koska sitä ei ole vielä julkaistu vertaisarvioidussa lehdessä.

Lontoon Imperial Collegessa työskentelevä molekyylibiologi Tony Nolan, joka on mukana työryhmässä, joka kehittää geeniohjaimia malariaa kantaviin hyttysiin, on innoissaan nähdessään, että geeniohjaimet voivat ainakin toimia jyrsijöissä. Vaikka teknologiasta ei tulisikaan hävittämisvälinettä, se voisi olla nykyisiä tekniikoita tehokkaampi keino tuottaa siirtogeenisiä koe-eläimiä, jotka mallintavat useiden mutaatioiden aiheuttamia sairauksia, hän sanoo.

Muut tutkijat ovat samaa mieltä siitä, että tutkimus on tärkeä, mutta sanovat, että se osoittaa myös sen, kuinka pitkälle teknologia on vietävä jyrsijöissä. ”Voisitko kuvitella tämän geeninajon luonnossa? Se ei tule tapahtumaan”, sanoo Gaétan Burgio, geneetikko, joka työskentelee CRISPR:n parissa Australian kansallisessa yliopistossa Canberrassa. Tekniikan suhteellisen alhainen tehokkuus tarkoittaa, että geeniajurin leviäminen koko jyrsijäpopulaatiossa kestäisi useita sukupolvia, jolloin lajeille jäisi runsaasti aikaa kehittyä vastustuskykyisiksi.

Thomas kuvailee tuloksia ”todellisuuden tarkistukseksi” ponnisteluille, joilla pyritään kehittämään geeniajureita jyrsijöihin. ”Se antaa viitteitä siitä, kuinka paljon on vielä tehtävää”, hän sanoo. Tulevassa työssä pitäisi pyrkiä parantamaan tehokkuutta sekä ymmärtämään, miksi tekniikka ei toimi uroshiirillä, Thomas lisää.

Hän on jäsenenä Genetic Biocontrol of Invasive Rodents (GBIRd) -nimisessä konsortiossa, joka toivoo voivansa käyttää geeniajureita rottia ja hiiriä vastaan.

CRISPR-geeniajurit eivät ole konsortion ainoa strategia invaasioihin joutuvien jyrsijöiden torjumiseksi. GBIRd:n jäsen David Threadgill, geneetikko Texas A&M -yliopistossa College Stationissa, ja hänen ryhmänsä työskentelevät hiirillä luonnostaan esiintyvän geeniajurin, t-haplotyypin, parissa. Tutkijat aikovat muuttaa tätä itsekästä geeniä ja luoda tyttärettömiä hiiriä: naaraat, joilla on kaksi kopiota, synnyttävät vain uroksia, mikä voi johtaa populaation romahtamiseen.

Jos geeniohjausteknologia osoittautuisi tehokkaaksi jyrsijöiden hallitsemisessa, saaret ovat ihanteellinen koealusta, sanoo Heath Packard, Kalifornian Santa Cruzissa sijaitsevan Island Conservation -järjestön (GBIRd) johtaja, GBIRd:n yhteistyökumppani, joka on keskittynyt invasiivisten tuhohyönteisten torjuntaan. Jyrsijöiden torjunta-aineet, jotka ovat poistaneet ongelmahiiret ja -rotat pienillä saarilla, ovat Packardin mukaan liian riskialttiita käytettäväksi suuremmilla saarilla, joilla on monimutkaisia ekosysteemejä ja suuri ihmisväestö. Geeniajot, jotka voitaisiin rajoittaa saarilla, ovat edelleen tutkimisen arvoinen tekniikka. ”Olemme toiveikkaita, että tämä voisi olla väline, joka voisi palvella saarten ennallistamista”, hän sanoo, ”mutta emme tiedä, toimiiko se.”