Jacob Hoover
0 
3255
971
Genová jednotka je druh techniky genetického inženýrství, která modifikuje geny tak, aby se nerespektovaly typická pravidla dědičnosti. Genové jednotky dramaticky zvyšují pravděpodobnost, že určitá sada genů bude předána další generaci, což umožní genům rychle se šířit v populaci a potlačit přirozený výběr. Díky technologii CRISPR-Cas9, technologii genové editace využívající bakterie, se genové jednotky pro výzkumníky stávají snazší.
Díky technologii genových pohonů „můžete upravit evoluční trajektorii. Můžete způsobit vyhynutí,“ řekla Andrea Crisanti, genetička z Imperial College London. To by mohl být účinný způsob, jak eradikovat nepříjemné druhy, jako jsou komáři způsobující malárii. Vědci však stále pracují na stanovení potenciálních širších ekologických a environmentálních dopadů používání genových pohonů k eliminaci celého druhu.
Jak fungují genové jednotky?
Genová jednotka se skládá ze tří klíčových komponent: gen, který chcete šířit; enzym Cas9, který může řezat DNA; a CRISPR, prominentní sekvence DNA, která identifikuje, kde by měl enzym štěpit. Genetický materiál, který kóduje tyto tři prvky, se vloží do zvířecí DNA místo přirozeně se vyskytujícího genu, který chcete nahradit v obou chromozomech.
Síla genové jednotky spočívá v tom, že narušuje zákony dědičnosti, uvedla Crisanti. V normální dědičnosti existuje 50% šance, že jakýkoli konkrétní gen bude přenesen z rodiče na potomstvo. Díky technologii genového pohonu se z 50% šance stává téměř 100% záruka.
Když se zvíře nesoucí balíček genové jednotky spojí se zvířetem, které tomu tak není, získá jejich potomstvo jednu kopii DNA od jednoho z rodičů: přirozenou verzi a verzi genové jednotky. Když spermie poprvé potkají vajíčko a chromozomy různých rodičů se aktivují, CRISPR v DNA genové jednotky je aktivována. Rozpoznává kopii přírodního genu v opačném chromozomu a řídí enzym Cas9 štěpící DNA, aby vystřihnul přirozenou kopii před zahájením embryonálního vývoje..
Příbuzný: Prokaryotické vs. eukaryotické buňky: Jaký je rozdíl?
Jakmile je přírodní gen poškozen, je spuštěno speciální opravné zařízení buňky. Opravné zařízení obnovuje chybějící DNA, ale jako šablonu používá neporušený chromozom, který je nosičem genové jednotky. Když je tedy oprava dokončena, oba chromozomy nesou kopii genové jednotky. Od tohoto okamžiku budou v každé buňce dvě kopie genové jednotky a zvíře předá genovou jednotku další generaci.
A tak proces pokračuje. Pokaždé, když je jednotka předána, CRISPR ořízne přirozenou verzi genu, zasáhne stroj na opravu buněk a jedna kopie genové jednotky se stane dvěma. V několika generacích se nový gen stává v populaci všudypřítomný a někdy zcela nahrazuje přirozeně se vyskytující gen.
Komáři s genovým pohonem
V roce 2018 Crisanti a jeho kolegové publikovali studii v časopise Nature Biotechnology, která popisuje, jak může technologie genové jednotky způsobit populační kolaps Anopheles gambiae, druh komára způsobující malárii. Skupina vytvořila genovou jednotku, která by změnila gen související s pohlavím a narušila ženskou plodnost. Genová jednotka s poškozeným genem ženské plodnosti se rozšířila přes 100% testované populace za pouhých sedm generací. Druh se nemohl pářit a populace se zhroutila. Někteří vědci se domnívají, že to může být přístup, který konečně odstraní malárii - brutální nemoc způsobující v roce 2018 celosvětově 280 milionů nemocí a 405 000 úmrtí, podle Světové zdravotnické organizace..
Příbuzný: 10 úžasných věcí, které vědci právě udělali s CRISPR
Přístup genové jednotky je jedinečně dostupný a udržitelný způsob, jak odstranit komáry způsobující malárii, řekl Cristanti. Jiné přístupy, jako je insekticid a environmentální management, jsou efektivní, ale extrémně drahé a daleko za ekonomickými schopnostmi mnoha zemí. „Genová jednotka umožňuje šíření genetické vlastnosti v populaci od několika jedinců a řeší problém udržitelnosti v jeho kořeni.“
Ale vyhladit celý druh je velký problém a implementace genové jednotky v přírodě není snadné rozhodnutí.
Jsou genové jednotky nebezpečné?
Vědci se snaží předpovídat, co pro zbytek ekosystému může znamenat odstranění škodlivého druhu.
Vyřazení komárů způsobujících malárii pomocí genové jednotky se zdá být plánem s minimálním dopadem. „Dosud ekologické testy ukazují, že ekosystém se nerozpadá,“ když je eliminován jeden druh komára, řekl Fred Gould, evoluční biolog na Státní univerzitě v Severní Karolíně..
Ekologické účinky jiných projektů genové jednotky jsou náročnější na rozeznání. Například ochranáři přírody a genetici pracují na genové jednotce, která by mohla eliminovat invazivní ostrovní hlodavce - vznešené úsilí, vzhledem k tomu, že invazivní ostrovní hlodavci jsou spojeni s vyhynutím 75 původních druhů, podle studie 2016 zveřejněné v časopise Sborník z Národní akademie věd.
Ale vyhubení hlodavců pomocí genové jednotky přichází s potenciálně většími ekologickými riziky než eradikace komára. Pokud by hlodavci s genovým pohonem někdy unikli z ostrova a vrátili by se zpět do přirozeného prostředí hlodavců, jako je Severní Amerika, pohon by mohl odstranit myši a krysy, pokud jsou kritickou součástí ekosystému. Absence hlodavců by mohla vést ke kolapsu ekosystému.
Příbuzný: Tady víme o bezpečnosti CRISPR
Z tohoto důvodu Gould a jeho kolegové pracují na strategii, která by se zaměřila pouze na myši žijící na ostrovech. Zeměpisně odlišné populace často nesou stejnou variantu genu nebo alely, specifické pro jejich místní populaci. Pokud vědci dokážou identifikovat alelu specifickou pro populaci, kterou chtějí eradikovat, pak mohou vytvořit genovou jednotku specifickou pro tuto populaci. Pohon by se rozšířil pouze na jednotlivce nesoucí tuto specifickou alelu; bez této specifické alely by to nefungovalo u jednotlivců. Vědci popsali tuto metodu ve studii z roku 2019 zveřejněné v časopise Scientific Reports.
Kromě toho několik vědců studuje potenciální nápravné plány nebo strategie pro odstranění genové jednotky z prostředí v případě nežádoucích výsledků. Například Crisanti a jeho kolegové publikovali v roce 2017 studii v časopise Plos Genetics, která popisuje, jak by genetické mutace, které jsou rezistentní vůči genové jednotce, mohly přetrvávat a odstranit genovou jednotku v několika generacích. Mutace rezistentní na genovou jednotku by se musela vyhnout, aby genová jednotka přetrvávala, nebo by to mohl být způsob, jak eliminovat nežádoucí genovou jednotku.
Přestože koncept využití genové jednotky k ochraně lidského zdraví a obnovení ekologické rovnováhy je slibný, výzkum důsledků a účinnosti tohoto nástroje má cestu, jak jít.
Dodatečné zdroje:
- Držte krok s nejnovějšími informacemi o CRISPR na stránce CRISPR News.
- Podívejte se na toto krátké video popisující, jak funguje genová jednotka z institutu Wyss na Harvardské univerzitě.
- Zde je další krátké video, které popisuje možné způsoby zabezpečení genové jednotky, také z Wyssova institutu na Harvardské univerzitě.