Kontrowersyjna technologia zdolna do zmiany genomów całych gatunków została po raz pierwszy zastosowana u ssaków. W artykule opublikowanym1 na serwerze preprintów BioRxiv 4 lipca, naukowcy opisują rozwój „napędów genowych” – które mogłyby być wykorzystane do eliminacji problematycznych populacji zwierząt – u myszy laboratoryjnych przy użyciu techniki edycji genów CRISPR.

Pędy genowe zapewniają, że wybrane mutacje są przekazywane prawie całemu potomstwu zwierzęcia. Zostały one już stworzone u komarów w laboratorium, jako potencjalna strategia kontroli malarii. Naukowcy podnieśli możliwość, że technologia ta mogłaby pomóc w zabiciu inwazyjnych szczurów, myszy i innych szkodników gryzoni. Ale najnowsze badanie przekreśla nadzieje na to, że stanie się to w najbliższym czasie, mówią naukowcy. Technika działała niespójnie na myszach laboratoryjnych, a niezliczone przeszkody technologiczne pozostają, zanim naukowcy będą mogli rozważyć wypuszczenie tego narzędzia na wolność.

„Istnieje wskazanie, że to może zadziałać, ale jest to również otrzeźwiające”, mówi Paul Thomas, genetyk rozwojowy na Uniwersytecie w Adelajdzie w Australii, który nie brał udziału w badaniach. „Jest jeszcze wiele do zrobienia, zanim będzie można uznać napędy genowe za użyteczne narzędzie do kontroli populacji gryzoni”. Jego laboratorium wykonuje podobną pracę, jako część międzynarodowego konsorcjum w celu wykorzystania napędów genowych do zwalczania inwazyjnych gryzoni.

Pędy genowe działają poprzez zapewnienie, że większa część potomstwa organizmu dziedziczy pewien, „samolubny” gen, niż stałoby się to przypadkowo, pozwalając mutacji lub obcemu genowi na szybkie rozprzestrzenianie się w populacji. Występują one naturalnie u niektórych zwierząt, w tym u myszy, gdzie mogą powodować śmierć lub bezpłodność. Jednak rewolucyjne narzędzie do edycji genów CRISPR-Cas9 doprowadziło do opracowania syntetycznych napędów genowych, których celem jest wyeliminowanie ze środowiska naturalnego problematycznych gatunków, takich jak komary przenoszące malarię, na przykład poprzez zapewnienie bezpłodności potomstwa. Technologia ta wzbudziła kontrowersje – a nawet nieudaną próbę globalnego zakazu jej stosowania – ponieważ w przypadku uwolnienia w środowisku naturalnym organizmy posiadające napędy genowe mogą być trudne do powstrzymania.

Zespół kierowany przez Kima Coopera, genetyka rozwojowego na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego, nie próbował opracować napędu genowego, który uczyniłby myszy laboratoryjne (Mus musculus) bezpłodnymi. Celem badaczy było raczej stworzenie stanowiska testowego dla technologii, która, jak twierdzą, może być również przydatna w badaniach podstawowych: wykazali oni tendencyjne dziedziczenie mutacji, która daje myszom całkowicie białe płaszcze, a nie bezpłodność.

napędy genowe oparte naCRISPR wykorzystują narzędzie do edycji genów w celu skopiowania mutacji na jednym chromosomie do drugiego z pary, zazwyczaj podczas wczesnego rozwoju zwierzęcia. Kiedy zespół Coopera próbował tego w embrionach myszy, mutacja nie zawsze była kopiowana prawidłowo, a proces działał tylko w embrionach żeńskich.

Zespół oszacował, że może to prowadzić do mutacji przenoszonej na około 73% potomstwa myszy płci żeńskiej, średnio, zamiast zwykłych 50% dla większości genów działających zgodnie z normalnymi zasadami dziedziczenia. Cooper odmówiła komentarza na temat pracy swojego zespołu, ponieważ nie została jeszcze opublikowana w recenzowanym czasopiśmie.

Tony Nolan, biolog molekularny w Imperial College London, który jest częścią zespołu rozwijającego napędy genowe w komarach przenoszących malarię, jest podekscytowany, aby zobaczyć, że napędy genowe mogą, przynajmniej, pracować w gryzoniach. Nawet jeśli technologia nie stanie się narzędziem eliminacji, może być bardziej wydajna niż istniejące technologie w produkcji transgenicznych zwierząt laboratoryjnych, które modelują choroby spowodowane przez wiele mutacji, mówi.

Inni badacze zgadzają się, że badanie jest ważne, ale mówią, że pokazuje również, jak daleko technologia musi się posunąć u gryzoni. „Czy możesz sobie wyobrazić ten napęd genowy na wolności? To się nie stanie” – mówi Gaétan Burgio, genetyk pracujący nad CRISPR na Australijskim Uniwersytecie Narodowym w Canberze. Stosunkowo niska skuteczność techniki oznacza, że potrzeba wielu pokoleń, aby napęd genowy rozprzestrzenił się w całej populacji gryzoni, pozostawiając wystarczająco dużo czasu dla gatunków na ewolucję odporności.

Thomas opisuje wyniki jako „sprawdzian rzeczywistości” dla wysiłków mających na celu rozwój napędów genowych u gryzoni. „To daje wskazówkę, jak wiele jest jeszcze do zrobienia”, mówi. Przyszłe prace powinny dążyć do poprawy wydajności, a także zrozumieć, dlaczego technika nie działa u samców myszy, dodaje Thomas.

Jest on członkiem konsorcjum o nazwie Genetic Biocontrol of Invasive Rodents, lub GBIRd, które ma nadzieję wdrożyć napędy genowe przeciwko szczurom i myszom.

napędy genoweCRISPR nie są jedyną strategią konsorcjum do radzenia sobie z inwazyjnymi gryzoniami. Członek GBIRd David Threadgill, genetyk z Texas A&M University w College Station, i jego zespół pracują z napędem genowym, który występuje naturalnie u myszy, zwanym t-haplotypem. Naukowcy planują zmodyfikować ten samolubny gen, aby stworzyć myszy bezcórkowe: samice posiadające dwie kopie będą rodzić tylko samce, potencjalnie prowadząc do załamania populacji.

Jeśli technologia napędu genowego okaże się skuteczna w kontrolowaniu gryzoni, wyspy są idealnym miejscem do testów, mówi Heath Packard, dyrektor Island Conservation w Santa Cruz w Kalifornii, partnera GBIRd, który koncentruje się na eliminowaniu inwazyjnych szkodników. Pestycydy na gryzonie, które wyeliminowały problematyczne myszy i szczury na małych wyspach, są zbyt ryzykowne do stosowania na większych wyspach, o złożonych ekosystemach i dużych populacjach ludzkich, mówi Packard. Napędy genowe, które mogłyby być ograniczone na wyspach, są nadal technologią wartą zbadania. „Mamy nadzieję, że może to być narzędzie, które może służyć społeczności odbudowy wysp,” mówi, „ale nie wiemy, czy to zadziała.”

.