Генная инженерия может привести к катастрофе
Для местных видов животных Новой Зеландии, европейские поселенцы были особенно ужасными. В стране нет эндемичных наземных хищников, поэтому многие птицы эволюционировали, утратив типичную для птиц способность к полету. Потом пришли поселенцы из Дикого Запада, а вместе с ними крысы, мыши, опоссумы, горностаи, кошки, а иногда собаки. Для этих захватчиков нелетающее птицы Новой Зеландии были настоящим праздником. Их ряды редели. Несмотря на усилия по сохранению, страна по-прежнему каждую неделю теряет около 20 птиц схожих на киви (как такахе, на фото).
Затем, в 2014 году молодой ученый из Гарварда опубликовал статью, которая привлекла внимание экологов всего мира, включая Новую Зеландию. С помощью метода генной инженерии CRISPR, он предположил, что ученые могли бы создать то, что называется генным драйвом, чтобы переписать типичную смесь генов 50/50. Между прочим, этот метод может быть использован для разработки инвазивных вредителей, не дающих потомство при смешивании с дикими сородичами.
В начале этого года Новая Зеландия осторожно относилась к ГМО, но после дала понять, что заинтересована в генном драйве. Но недавно опубликованные статьи сообщают, что существует только одна потенциально значимая загвоздка: генный драв не безопасен для использования с целью сохранения видов, по крайней мере, пока.
Оказывается, что проблема заключается в том, что на самом деле генный драйв может работать слишком хорошо.
«Наши модели показывают, что стандартные системы очень агрессивны», сообщает Кевин Эсвелт, синтетический биолог, который еще в 2014 году опубликовал статью о CRISPR.
Генный драйв препятствует естественного отбору путем создания «эгоистичного гена», который передается потомству с большей степенью согласованности, чем при обычных правилах наследования, как правило, это приводит к распространению среди всей популяции. Если Новая Зеландия решила использовать генный драйв, чтобы избавиться от крыс, вполне возможно, что эти генетически модифицированные крысы в конечном итоге проделают свой путь до других нежелательных мест, либо, спрятавшись на кораблях, как это они делали, чтобы добраться до Новой Зеландии или через людей целенаправленно перемещающих их.
«Модифицированные организмы, вероятно, не могут быть безопасными при полевом тестировании в этой местности, потому что они распространятся среди большинства популяций по всему миру», сказал Эсвелт.
Как вы можете себе представить, генетическая модификация может оказаться довольно большой проблемой для мировой популяции крыс.
Использованию генной инженерии для предотвращения естественного отбора была впервые предложена в 2003 году, но именно с появлением CRISPR и статьи Эсвелт в 2014 году, перспектива генного драйва оказалось в пределах досягаемости.
Статья 2014 года среди широкой общественности послужила поводом для энтузиазма и в тоже время страха, и вызвала бурные дискуссии в научных кругах о том, действительно ли это будет работать. С тех пор первый идеолог этого метода, Эсвелт, упорно трудился, чтобы предупредить мир о том, насколько он может быть опасен. Он занимает странное место: ученый находится в авангарде генной инженерии и в тоже время является главным критиком технологии.
Эсвелт, который теперь имеет собственную лабораторию в Массачусетском технологическом институте, говорит, что пара статей, опубликованных в четверг в PLoS (1) и bioRxiv (2) – это «покаяние».
Он сказал, что в его статьях приведены убедительные аргументы в пользу потенциальных преимуществ генного драйва – сохранение, искоренение болезней, но также четко изложены риски и вызовы.
Новая Зеландия заинтересовалась генным драйвом с целью сохранения определенных видов животных. На Гавайях, например, эта идея уже всплывала в качестве решения проблемы с комарами, переносящими болезни, которые угрожают местной популяции птиц. В прошлом году, Конвенция ООН по биоразнообразию пришла к выводу, что потенциальная польза слишком велика, чтобы не пройти «тщательно контролируемые полевые испытания». В докладе Национальной академии наук США также делается осторожное одобрение генного драйва.
«Я очень сильно ввел в заблуждение многих экологов, которые отчаянно нуждаются в надежде», сказал Эсвелт. «Моя ошибка была том, что я плохо все объяснил».
Некоторые недавние исследования показали, что популяции диких животных будет естественным образом развивать устойчивость к разработанным в лаборатории модификациям, прежде чем генный драйв действительно сможет использовать свою магию. В исследовании, проведенном в 2015 году, исследователи сообщили, что генный драйв позволит передать мутацию по бесплодию самкам комаров, которые передадут это на все потомство, но поскольку мутации участятся в последующих поколениях, также появится устойчивость к генному драйву, что приведет к маловероятному эффекту среди популяции диких комаров. Но Эсвелт наметил возможные пути решения данной проблемы, такие как вставка гена генного драйва в нескольких важных местах в геноме вида, так что он вряд ли приобретет устойчивость. Даже если генный драйв будет неэффективным, в статье опубликованная в bioRxiv предложена модель, в которой небольшое количество измененных видов может непредвиденно распространиться среди популяций.
«Это является частью продолжающихся разговоров о риске и преимуществах технологии генного драйва», говорит Джейсон Делборн, ученый, который работает над генным драйвом в Университете штата Северной Каролины, который не принимал участия в последних работах. «Эти новые документы означают, что мы должны быть еще более осторожными с технологией генного драйва».
Документ, опубликованный в PLoS в соавторстве с новозеландским генетиком Нилом Гиммелем, предупреждает, что выпуск стандартного генного драйва «вероятно эквивалентен созданию нового высоко инвазивного вида». Другими словами: это может быть очень, очень плохо.
«Есть естественные мутации, которые заставляют не работать генный драйв, это правда. Но мы обеспокоены тем, что люди уже ищут решения этих естественных мутаций», сказал Гиммель. «Если вы это сделаете, то что его остановить?»
Даже эксперименты в лабораторных условиях могут быть опасными. Например, если полученные в лаборатории модифицированные мыши сбегут и если лаборатория находится в непосредственной близости от других мышей, то это может привести к случайному распространению генного драйва.
Эсвелт и другие ученые работают над разработкой систем, которые могут ограничить распространение генного драйва. Одним из возможных решений, предложенных Эсвелтом, является создание ограничений на определенное количество поколений, которые будут наследовать этот признак. Еще один вариант разработан группой под названием «Genetic Biocontrol of Invasive Rodent’s Partnership», он направлен на поиск и нацеленность на генетические последовательности, уникальные для желаемой популяции, так чтобы ген не смог распространиться за ее пределы.
Надеемся, что эти новые документы поспособствуют тому, чтобы ученые направили свои усилия на создании локализованных или самоограничивающихся генных драйвов, а не экспериментировать со стандартными генными драйвами, которые могут быть слишком опасны.
«Я думаю, что некоторые мои коллеги думают, что мы просто выстрелили себе в ногу. Но мы все еще рады тому, что можем предложить генный драйв», сказал Гиммель. «Но инструменты, которые сейчас есть у нас, не оптимальны. Нам нужно то, что сможет включать и выключать или имеет конечный срок жизни».
Ссылки:
- journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.2003850
- biorxiv.org/content/early/2017/11/16/219022
