Znanstveniki so razvili genetsko orožje, s katerim lahko izbrišejo cele vrste organizmov z obličja Zemlje. Gre za tehnologijo genskega pogona, ki omogoča širjenje škodljivih mutacij v živalski populaciji. Kljub protestom okoljskih organizacij pa lahko ta pristop ljudem zelo koristi, saj odstrani nevarne bolezni. "Lenta.ru" govori o tem, kako se bodo znanstveniki borili proti malariji z uporabo modificiranih komarjev.
DNK saboterji
Malarija je skupina nalezljivih bolezni, ki jih povzročajo parazitski enocelični organizmi iz roda Plasmodium. V človeško kri vstopijo, ko jih ugrizejo samice komarjev Anopheles, znane tudi kot malarijski komarji. Te žuželke so razširjene po vsem svetu, razen na Antarktiki, skrajnem severu in vzhodni Sibiriji. Najbolj je malarija bolna v Afriki, predvsem pa otroci. Malarija vsako leto ubije skoraj pol milijona ljudi, večina žrtev pa so otroci, mlajši od petih let.
Znanstveniki že nekaj let razmišljajo o tem, kako gensko zasnovani za poraz malarije. Eden od načinov je vnašanje genov v komarje, ki preprečujejo, da bi se plazmodij naselil v njih. Vendar obstaja težava. Recimo, da ustvarimo več tisoč varnih komarjev proti malariji in jih izpustimo v okolje. Kako zagotoviti širjenje želenega gena v naravi?
Gensko spremenjeni komarji bodo imeli dve kopiji antimalaričnega gena (po enega na vsakem kromosomu). Potomstvo deduje samo eden od kromosomov (o katerem odloča primer). Če torej spremenjeni komar in divji posamezni par brez želenega gena, bo na potomce prešla le ena kopija gena. In le približno polovica naslednje generacije komarjev bo dobila to kopijo (ker je mutirani kromosom podrejen 50 odstotkov). Posledično bodo antimalarijski geni postopoma izginjali iz populacije - naravna selekcija jih verjetno ne bo podpirala.
Za preprečevanje izločanja (izločanja) gena iz prostoživeče populacije lahko uporabimo tehniko, imenovano genska vožnja. Sestavljena je v tem, da nekako kopiramo gen, ki ga potrebujemo iz enega kromosoma v drugega. Nato bo organizem, ki je imel samo eno kopijo gena, pridobil dve kopiji in jo s 100% verjetnostjo prenesel svojim potomcem. Kako je to storjeno?
Promocijski video:
Eden od načinov je uporaba restrikcijskih endonuklez, encimov, ki na določenem mestu ustvarijo dvojni niz DNK. Če naredite prelom v kromosomu, se bo začel postopek njegove obnove. Med njo se v rezano verigo prekopira nepoškodovani odsek iz sosednjega kromosoma. Vendar se endonukleaze zmanjšajo, če "prepoznajo" določeno kombinacijo nukleotidov. Na kromosomu je lahko veliko takih kombinacij, zato tvegamo, da kromosom razrežemo na več kosov. To, pa tudi drugi dejavniki, zaplete uporabo restrikcijskih endonukliz za gensko nagon.
Tehnologija CRISPR / Cas9 lahko nadomesti te encime, kar nam omogoča, da naredimo rez na točno tistem mestu, ki ga potrebujemo. Cas9 nukleaza bo naredila prelom dvojnega niza DNK na mestu (ciljno mesto), ki ga "pokaže" vodnik RNA ali sg-RNA. Gre za tako kratko molekulo nukleinske kisline, ki dopolnjuje ciljno mesto, zato je s sintezo dovolj dolgega vodnika RNA mogoče zmanjšati verjetnost rezanja na napačnem mestu.
Leta 2015 so znanstveniki iz Imperial College London ustvarili gensko nagon s pomočjo CRISPR / Cas9, ki spodbuja širjenje mutacije, ki pri malarijskih komarjih povzroča neplodnost. Samice z mutiranim genom na obeh kromosomih so sterilne, samci pa ga lahko širijo v populaciji. Na ta način je mogoče ne le zmanjšati populacijo Anopheles na raven, ko bo okužba s plazmodium malarijo postala redka, ampak tudi boj proti razvoju odpornosti na pesticide in uničiti invazivne vrste.
Genska apokalipsa
Vendar pa obstajajo pomisleki, da bi lahko nenadzorovano širjenje gena povzročilo nenamerne posledice pri divjih živalih. Po besedah evolucijskega ekologa Jamesa Collinsa z univerze Arizona State v intervjuju za Science ni znano, kako bo genska vožnja vplivala na dinamiko populacije in zdravje ekosistemov. Na primer, popolno uničenje vrste ali celo močno zmanjšanje števila vodi v širjenje drugih vrst. Zato spremenjenih komarjev ne bi smeli izpuščati v naravo, ne da bi upoštevali vsa tveganja. Kako pa lahko preizkusite gensko nagon, če samo testiranje zahteva, da so žuželke v divjini?
James Collins
Znanstveniki ta problem imenujejo Catch-22, ker njegova rešitev nasprotuje sebi. Vendar pa so biologi z univerze Harvard in tehnološkega inštituta v Massachusettsu ugotovili, kako zagotoviti, da lahko genska nagona najprej spodbudi širjenje mutantnega gena in po nekaj generacijah privede do njegovega izginotja.
Bistvo je, da kopiranje potrebnega kosa DNK iz enega kromosoma v drugega poteka po korakih. Gensko nagon poganjajo trije elementi, od katerih je vsak sestavljen iz enega ali več genov. Element A se kopira in vstavi v homologni kromosom v prisotnosti elementa B, element B pa v prisotnosti elementa C. Sam element C se v običajni dednosti porazdeli v populacijo in se prenese le na polovico potomcev.
Parjenje gensko spremenjenih žuželk z divjimi komarji bo privedlo do tega, da bodo vsi potomci nosili elemente A in B, vendar le polovico C. Zato se bosta A in B po zakonih o dedovanju najprej hitro razširila v populaciji in po določeni količini generacije, element C bo praktično izginil, sledil bo element B in končno A. Širjenje mutirnega gena bo odvisno od tega, koliko žuželk se sprosti v naravno okolje. Lahko se prepričate, da bodo skoraj vsi posamezniki, ki živijo na določenem ozemlju, nosilci mutacije, toda pri večji populaciji se geni ne bodo mogli širiti. Če bodo preizkusi uspešni, se bo resno pojavilo vprašanje uporabe tehnologije, kadar obstaja jasna grožnja za zdravje ljudi zaradi malarijskih komarjev.
Vse je odločeno
Nekatere neprofitne organizacije, na primer prijatelji Zemlje in Svet za odgovorno genetiko, so se izrekle proti genskemu pogonu, ki so ga poimenovali tehnologija izumiranja genov. Predlagali so uvedbo moratorija. Vendar so decembra 2016 pogodbenice Konvencije OZN o biološki raznovrstnosti odobrile uporabo genskega nagona in pozvale k previdnosti pri terenskih preskušanjih.
Foto: Public Domain / Wikimedia
V nekaterih državah je bila tehnologija že preizkušena. Rezultati petih terenskih preskusov, ki so bili opravljeni med letoma 2011 in 2014 v Panami, na Kajmanskih otokih in na severovzhodni brazilski zvezni državi Bahija, so pokazali, da se je število divjih komarjev zmanjšalo za 90 odstotkov. Zdaj naj bi Brazilija izpustila milijone gensko spremenjenih žuželk, ki se bodo borile proti Žiki, dengi, rumeni mrzlici in čikungunji.
Torej je dokazana možnost vplivanja na naravne ekosisteme z genskim inženiringom. Vendar je mogoče človeške genome spremeniti neposredno, da se znebite dednih bolezni? Ali bi bili ljudje imuni na plazmodium malarijo?
Februarja 2017 je ameriška Nacionalna akademija znanosti in medicine objavila poročilo, v katerem so strokovnjaki dovolili menjavo DNK ljudi za boj proti mutacijam, ki povzročajo resne motnje v telesu. Pravzaprav to pomeni popravljanje okvarjenih genov v človeških zarodkih. Tako se boste lahko spoprijeli z boleznimi, kot je Huntingtonova horea ali usodna družinska nespečnost. Vendar bo uporaba tehnologij genskega nagona omejena na populacije divjih živali, saj njihova uporaba pri ljudeh ni vprašljiva le z etičnega vidika, ampak tudi nepraktična: gen se bo širil prepočasi.
Aleksander Enikejev