Paul Sparks
0 
3223
497
O unitate genică este un tip de tehnică de inginerie genetică care modifică genele, astfel încât acestea să nu respecte regulile tipice ale eredității. Conducerea genelor crește dramatic probabilitatea ca o anumită suită de gene să fie transmisă generației următoare, permițând genei să se răspândească rapid printr-o populație și să înlocuiască selecția naturală. Datorită CRISPR-Cas9, tehnologia de editare a genelor valorificată de bacterii, unitățile de gene sunt din ce în ce mai ușoare pentru construirea cercetătorilor.
Cu tehnologia de acționare a genelor „puteți modifica traiectoria evolutivă. Puteți provoca extincția”, a spus Andrea Crisanti, genetician la Imperial College London. Aceasta ar putea fi o modalitate eficientă de eradicare a speciilor molestive, cum ar fi țânțarii care provoacă malarie. Dar oamenii de știință încă lucrează pentru a determina potențialele impacturi ecologice și de mediu mai largi ale utilizării unităților de gene pentru a elimina o întreagă specie.
Cum funcționează unitățile de gene?
O unitate genică constă din trei componente cheie: gena pe care doriți să o răspândiți; enzima Cas9 care poate tăia ADN-ul; și CRISPR, o secvență de ADN care nu poate fi identificată unde ar trebui să taie enzima. Materialul genetic care codifică pentru acele trei elemente este introdus în ADN-ul unui animal, în locul genei care apare în mod natural pe care doriți să o înlocuiți în ambele cromozomi.
Puterea unității genice este aceea că perturbă legile eredității, a spus Crisanti. În ereditatea normală, există o șansă de 50% ca orice genă specifică să fie transmisă de la părinți la urmași. Tehnologia de acționare generată transformă o șansă de 50% într-o garanție de aproape 100%.
Atunci când un animal care poartă pachetul de acțiuni genice se împerechează cu un animal care nu, urmașii lor primesc o copie de ADN de la oricare dintre părinți: o versiune naturală și o versiune de unitate de gene. Când sperma întâlnește ovulul și cromozomii de la diferiți părinți se aliniază pentru prima dată, CRISPR în ADN-ul de acțiune genică este activat. Recunoaște copia genei naturale în cromozomul opus și îndrumă enzima Cas9 care decupează ADN-ul să decupeze copia naturală înainte de începerea dezvoltării embrionare.
Legate de: Celule procariote vs. eucariote: Care este diferența?
Odată ce gena naturală este deteriorată, aparatul special de reparație al celulei este declanșat. Mașina de reparație restabilește ADN-ul lipsă, dar folosește cromozomul neîntrerupt, care este cel care poartă unitatea de gene, ca șablon. Deci, atunci când reparația este terminată, ambii cromozomi poartă o copie a unității genice. Din acel moment, două copii ale unității genice vor fi în fiecare celulă, iar animalul va transmite unitatea genică la următoarea generație.
Și astfel procesul continuă. De fiecare dată când unitatea este transmisă, CRISPR taie versiunea naturală a genei, aparatele de reparare a celulelor intervine și o copie a unității genice devine două. În doar câteva generații, noua genă devine omniprezentă în populație, uneori înlocuind în totalitate gena care apare în mod natural.
Tantari cu generatie generala
În 2018, Crisanti și colegii săi au publicat un studiu în revista Nature Biotechnology care descrie modul în care tehnologia de acționare a genelor ar putea provoca colapsul populației din Anopheles gambiae, specia de țânțar care provoacă malarie. Grupul a construit o unitate de gene care ar schimba o gena legata de sex si perturba fertilitatea femeilor. Unitatea genică cu gena de fertilitate feminină deteriorată s-a răspândit prin 100% din populația testată în cel puțin șapte generații. Specia nu s-a putut împerechea și populația s-a prăbușit. Unii cercetători consideră că aceasta ar putea fi abordarea care în cele din urmă șterge malaria - o boală brutală responsabilă de provocarea a 280 de milioane de boli și 405.000 de decese la nivel mondial în 2018, potrivit Organizației Mondiale a Sănătății.
Legate de: 10 lucruri uimitoare pe care oamenii de știință au făcut-o doar cu CRISPR
Abordarea de stimulare a genelor este un mod unic de accesibil și durabil de a eradica țânțarii care provoacă malaria, a spus Cristanti. A spus el, alte abordări precum insecticidul și managementul mediului sunt eficiente, dar extrem de costisitoare și depășesc cu mult capacitățile economice din multe țări. „Unitatea de gene permite răspândirea unei trăsături genetice la o populație de la puțini indivizi, abordând problema sustenabilității de la rădăcina sa”.
Dar ștergerea unei specii întregi este o afacere importantă, iar implementarea unei gene gene în natură nu este o decizie ușoară.
Sunt periculoase driverele?
Oamenii de știință lucrează pentru a prezice ce poate însemna eliminarea unei specii molestante pentru restul ecosistemului.
Eradicarea tantarilor cauzatoare de malarie, folosind o unitate de gene, pare a fi un plan minim de impact. "Până în prezent, testele ecologice arată că ecosistemul nu se prăbușește", atunci când o specie de țânțar este eliminată, a spus Fred Gould, biolog în evoluție la Universitatea de Stat din Carolina de Nord.
Efectele ecologice ale altor proiecte de acționare a genelor sunt mai dificile de a discerne. De exemplu, conservatoriștii și geneticienii lucrează la o unitate de gene care ar putea elimina rozătoarele insulare invazive - un efort nobil, având în vedere că rozătoarele insulare invazive au fost legate de stingerea a 75 de specii native, potrivit unui studiu publicat în jurnalul Proceedings of Academia Nationala de Stiinte.
Dar eradicarea rozătoarelor cu o acțiune genică vine cu riscuri ecologice potențial mai mari decât eradicarea unui țânțar. Dacă rozătoarele cu acțiuni genice ar scăpa vreodată de insulă și ar face-o înapoi în habitatul natural al rozătoarelor, precum America de Nord, unitatea ar putea elimina șoarecii și șobolanii unde sunt o parte critică a ecosistemului. Absența rozătoarelor ar putea duce la prăbușirea ecosistemului.
Legate de: Iată ce știm despre siguranța CRISPR
Din acest motiv, Gould și colegii săi au lucrat la o strategie care ar viza doar șoarecii care trăiesc pe insule. Populațiile distincte din punct de vedere geografic adesea poartă aceeași variantă a unei gene sau alele, specifice populației lor locale. Dacă oamenii de știință pot identifica o alelă specifică populației pe care doresc să o eradice, atunci pot crea o unitate de gene specifică acelei populații. Unitatea de acțiune s-ar răspândi numai la persoanele care poartă acea alelă specifică; nu ar funcționa la indivizi fără acea alelă specifică. Cercetătorii au descris această metodă într-un studiu din 2019 publicat în revista Scientific Reports.
În plus, mai mulți oameni de știință studiază planuri potențiale de remediere sau strategii de îndepărtare a unității genice din mediu în caz de rezultate nedorite. De exemplu, Crisanti și colegii săi au publicat un studiu în 2017 în revista Plos Genetics care descrie modul în care mutațiile genetice rezistente la unitatea genică ar putea persista și elimina unitatea genică în doar câteva generații. Ar trebui să fie evitată mutația rezistentă la acțiunile genice pentru ca unitatea genică să persiste, sau ar putea fi o modalitate de a elimina o unitate genică nedorită.
Deși conceptul de a utiliza o unitate de gene pentru a proteja sănătatea umană și a restabili echilibrul ecologic este promițător, cercetarea privind implicațiile și eficacitatea instrumentului are o cale de urmat.
Resurse aditionale:
- Fii la curent cu cele mai recente știri despre CRISPR pe pagina CRISPR News.
- Urmăriți acest scurt videoclip care descrie cum funcționează o unitate de gene de la Wyss Institute de la Universitatea Harvard.
- Iată un alt videoclip scurt care descrie modalități potențiale de a proteja o unitate de gene, tot de la Institutul Wyss de la Universitatea Harvard.