Gyles Lewis
0 
2896
769
En gendrift er en type genteknikk som modifiserer gener slik at de ikke følger de typiske arvelighetsreglene. Gendrev øker sannsynligvis sannsynligheten for at en spesiell pakke gener overføres til neste generasjon, slik at genene raskt kan spre seg gjennom en populasjon og overstyre naturlig utvalg. Takket være CRISPR-Cas9, genredigerings-teknologien som er benyttet fra bakterier, blir genstasjoner enklere for forskere å bygge.
Med gendrivteknologi "kan du endre evolusjonær bane. Du kan forårsake utryddelse," sa Andrea Crisanti, genetiker ved Imperial College London. Dette kan være en effektiv måte å utrydde ordensforstyrrelser, for eksempel mygg som forårsaker malaria. Men forskere jobber fremdeles for å bestemme de potensielle bredere økologiske og miljømessige virkningene av å bruke genstasjoner for å eliminere en hel art.
Hvordan fungerer generasjoner??
En genstasjon består av tre nøkkelkomponenter: genet som du vil spre; Cas9-enzymet som kan kutte DNA; og CRISPR, en antagelig DNA-sekvens som identifiserer hvor enzymet skal kutte. Det genetiske materialet som koder for disse tre elementene, blir satt inn i et dyrs DNA, i stedet for det naturlig forekommende genet du vil erstatte i begge kromosomene..
Kraften til genstasjonen er at den forstyrrer arvelighetslovene, sa Crisanti. I normal arvelighet er det 50% sjanse for at et bestemt gen blir overført fra foreldre til avkom. Gendriftteknologi gjør 50% sjanse til en nesten 100% garanti.
Når et dyr som bærer gendrivpakken parer seg med et dyr som ikke gjør det, får avkommet deres en kopi av DNA fra begge foreldrene: en naturlig versjon og en gendriftsversjon. Når sædcellene møter egget og kromosomene fra de forskjellige foreldrene stiller opp for første gang, aktiveres CRISPR i genstasjonen DNA. Den gjenkjenner kopien av det naturlige genet i det motsatte kromosomet, og instruerer det DNA-kuttende Cas9-enzymet til å kutte ut den naturlige kopien før embryonal utvikling begynner.
I slekt: Prokaryotiske vs eukaryote celler: Hva er forskjellen?
Når det naturlige genet er skadet, utløses cellens spesielle reparasjonsmaskineri. Reparasjonsmaskineriet gjenoppretter det manglende DNA, men det bruker det ubrutte kromosomet, som er den som bærer genstasjonen, som mal. Så når reparasjonen er ferdig, bærer begge kromosomene en kopi av genstasjonen. Fra det tidspunktet vil to kopier av genstasjonen være i hver celle, og dyret vil overføre genstasjonen videre til neste generasjon.
Og slik fortsetter prosessen. Hver gang stasjonen videreføres, kutter CRISPR den naturlige versjonen av genet, cellepareringsmaskiner griper inn og en kopi av genstasjonen blir to. På bare noen få generasjoner blir det nye genet allestedsnærværende i befolkningen, og noen ganger erstatter det naturlig forekommende genet helt.
Genkjørt mygg
I 2018 publiserte Crisanti og kollegene en studie i tidsskriftet Nature Biotechnology som beskrev hvordan gentrafikk-teknologi kan forårsake sammenbrudd av Anopheles gambiae, myggarten som forårsaker malaria. Gruppen bygde en gendrift som ville endre et kjønnsrelatert gen og forstyrre kvinnelig fruktbarhet. Gendrevet med det skadede kvinnelige fruktbarhetsgenet spredte seg gjennom 100% av testpopulasjonen i så lite som syv generasjoner. Arten kunne ikke parre seg, og bestanden kollapset. Noen forskere tror dette kan være den tilnærmingen som til slutt utsletter malaria - en brutal sykdom som er ansvarlig for å forårsake 280 millioner sykdommer og 405 000 dødsfall globalt i 2018, ifølge Verdens helseorganisasjon.
I slekt: 10 fantastiske ting forskere nettopp gjorde med CRISPR
Gendrivtilnærmingen er en unik rimelig og bærekraftig måte å utrydde mygg som forårsaker malaria, sa Cristanti. Andre tilnærminger som insektmiddel og miljøhåndtering er effektive, men ekstremt dyre, og langt utenfor de økonomiske landene i mange land, sa han. "Genedrift tillater spredning av en genetisk egenskap i en populasjon fra få individer, og tar opp problemet med bærekraft som rot."
Men å utslette en hel art er en stor sak, og å implementere en gendrift i naturen er ikke en enkel beslutning.
Er gendriver farlig?
Forskere jobber med å forutsi hva eliminering av en plageart kan bety for resten av økosystemet.
Å utrydde myggen-forårsaker mygg ved bruk av en genstasjon ser ut til å være en minimalt virkningsfull plan. "Så langt viser økologiske tester at økosystemet ikke kollapser," når en myggart blir eliminert, sa Fred Gould, en evolusjonsbiolog ved North Carolina State University.
De økologiske effektene av andre gendriftsprosjekter er mer utfordrende å skjelne. For eksempel jobber bevaringseksperter og genetikere med en gendrift som kan eliminere invasive øygnagere - en edel innsats, med tanke på at invasive øygnagere har blitt knyttet til utryddelse av 75 innfødte arter, ifølge 2016 en studie publisert i tidsskriftet Proceedings of National Academy of Science.
Men å utrydde gnagere med et gendrev med potensielt større økologiske risikoer enn utrydding av en mygg. Hvis gnagere av gnagere noensinne slapp unna øya og fikk den tilbake til gnagernes naturlige habitat, som Nord-Amerika, kunne stasjonen eliminere mus og rotter der de er en kritisk del av økosystemet. Gnagernes fravær kan føre til økosystemets kollaps.
I slekt: Her er hva vi vet om CRISPR-sikkerhet
Av den grunn har Gould og kollegene jobbet med en strategi som bare vil være rettet mot mus som lever på øyer. Geografisk distinkte populasjoner har ofte den samme varianten av et gen, eller allel, spesifikt for deres lokale befolkning. Hvis forskere kan identifisere en allel som er spesifikk for befolkningen de ønsker å utrydde, kan de lage et gendriv spesifikt for den befolkningen. Stasjonen ville bare spre seg til personer som bærer den spesifikke allelen; det ville ikke fungert hos individer uten den spesifikke allelen. Forskerne beskrev denne metoden i en studie fra 2019 publisert i tidsskriftet Scientific Reports.
I tillegg studerer flere forskere potensielle saneringsplaner, eller strategier for å fjerne gendriften fra miljøet i tilfelle uønskede resultater. For eksempel publiserte Crisanti og kollegene en studie i 2017 i tidsskriftet Plos Genetics som beskrev hvordan genetiske mutasjoner som er motstandsdyktige mot gendriften kan vedvare og eliminere gendriften på bare noen få generasjoner. Den gendrevresistente mutasjonen må unngås for at gendriften skal vedvare, eller det kan være en måte å eliminere en uønsket gendrift.
Selv om konseptet å bruke en genstasjon for å beskytte menneskers helse og gjenopprette økologisk balanse er lovende, har forskning på verktøyets implikasjoner og effektivitet en måter å gå på.
Tilleggsressurser:
- Hold deg oppdatert på CRISPR på CRISPR News siden.
- Se denne korte videoen som beskriver hvordan en genstasjon fungerer fra Wyss Institute ved Harvard University.
- Her er en annen kort video som beskriver mulige måter å ivareta en gendrift, også fra Wyss Institute ved Harvard University.