Gli scienziati hanno sviluppato armi genetiche in grado di spazzare via intere specie di organismi dalla faccia della Terra. Riguarda la tecnologia del gene drive che consente la diffusione di mutazioni dannose nelle popolazioni animali. Tuttavia, nonostante le proteste delle organizzazioni ambientaliste, questo approccio può portare grandi benefici alle persone eliminando malattie pericolose. "Lenta.ru" parla di come gli scienziati combatteranno la malaria usando le zanzare modificate.
Sabotatori del DNA
La malaria è un gruppo di malattie infettive causate da organismi unicellulari parassiti del genere Plasmodium. Entrano nel sangue umano quando vengono morsi da zanzare femmine di anofele, note anche come zanzare della malaria. Questi insetti sono distribuiti in tutto il mondo, ad eccezione dell'Antartide, dell'estremo nord e della Siberia orientale. Soprattutto, la malaria è malata in Africa e, soprattutto, i bambini. La malaria uccide quasi mezzo milione di persone ogni anno e la maggior parte delle vittime sono bambini di età inferiore ai cinque anni.
Gli scienziati hanno riflettuto su come geneticamente ingegnerizzato per sconfiggere la malaria per diversi anni. Un modo è introdurre geni nelle zanzare che impediscano al Plasmodium di stabilirsi in esse. Ma c'è un problema. Diciamo che creiamo diverse migliaia di zanzare della malaria sicure e le rilasciamo nell'ambiente. Come garantire la diffusione del gene desiderato in natura?
Le zanzare geneticamente modificate avranno due copie del gene antimalarico (una su ciascun cromosoma). Solo uno dei cromosomi (di cui si decide il caso) viene ereditato dalla prole. Pertanto, se una zanzara alterata e un individuo selvatico si accoppiano senza il gene desiderato, solo una copia del gene passerà alla prole. E solo circa la metà della prossima generazione di zanzare riceverà quella copia (poiché il cromosoma mutante è ereditato al 50%). Di conseguenza, i geni antimalarici scompariranno gradualmente dalla popolazione: è improbabile che la selezione naturale li supporti.
Una tecnica nota come gene drive può essere utilizzata per prevenire l'eliminazione (eliminazione) di un gene dalla popolazione selvatica. Consiste nel copiare in qualche modo il gene di cui abbiamo bisogno da un cromosoma all'altro. Quindi un organismo che aveva una sola copia del gene acquisirà due copie e la trasmetterà alla sua prole con una probabilità del 100%. Come è fatto?
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Un modo è usare endonucleasi di restrizione, enzimi che tagliano un doppio filamento di DNA in una posizione specifica. Se interrompi il cromosoma, inizierà il processo di ripristino. Durante questo, una sezione intatta del cromosoma vicino viene copiata nella catena tagliata. Tuttavia, le endonucleasi fanno un taglio se "riconoscono" una specifica combinazione di nucleotidi. Possono esserci molte combinazioni di questo tipo su un cromosoma, quindi corriamo il rischio di tagliare il cromosoma in molti pezzi. Questo, così come altri fattori, complicano l'uso di endonucleasi di restrizione per il gene drive.
La tecnologia CRISPR / Cas9 è in grado di sostituire questi enzimi, il che ci consente di praticare un'incisione esattamente nel punto di cui abbiamo bisogno. La nucleasi Cas9 interromperà il doppio filamento di DNA nel sito (sito target) "indicato" dalla guida RNA o sg-RNA. È una molecola di acido nucleico così corta che è complementare al sito bersaglio, quindi, sintetizzando una guida di RNA sufficientemente lunga, la probabilità di tagliare nel punto sbagliato può essere ridotta al minimo.
Nel 2015, gli scienziati dell'Imperial College di Londra hanno creato un gene drive utilizzando CRISPR / Cas9 che promuove la diffusione di una mutazione che causa infertilità nelle zanzare della malaria. Le femmine con un gene mutante su entrambi i cromosomi sono sterili e i maschi possono diffonderlo nella popolazione. In questo modo, è possibile non solo ridurre la popolazione di Anopheles a un livello al quale l'infezione da Plasmodium malaria diventerà rara, ma anche combattere lo sviluppo della resistenza ai pesticidi e distruggere le specie invasive.
Apocalisse genetica
Tuttavia, si teme che la diffusione incontrollata del gene possa causare conseguenze indesiderate nella fauna selvatica. Secondo l'ecologo evoluzionista James Collins dell'Arizona State University, in un'intervista a Science, non è noto come il gene drive influenzerà le dinamiche della popolazione e la salute dell'ecosistema. Ad esempio, la completa distruzione di una specie o anche un forte calo del numero porta alla diffusione di altre specie. Pertanto, le zanzare modificate non dovrebbero essere rilasciate in natura senza considerare tutti i rischi. Tuttavia, come puoi testare un gene drive se il test stesso richiede che gli insetti siano in natura?
James Collins
Gli scienziati chiamano questo problema Catch-22 perché la sua soluzione è contraddittoria. Tuttavia, i biologi dell'Università di Harvard e del Massachusetts Institute of Technology hanno capito come assicurarsi che un gene drive possa prima promuovere la diffusione di un gene mutante, e dopo poche generazioni portarlo alla sua scomparsa.
Il punto è che la copia del pezzo di DNA richiesto da un cromosoma a un altro avviene per fasi. La spinta genica è guidata da tre elementi, ciascuno dei quali è costituito da uno o più geni. L'elemento A viene copiato e inserito nel cromosoma omologo in presenza dell'elemento B e l'elemento B in presenza dell'elemento C. L'elemento C stesso si distribuisce nella popolazione attraverso la normale eredità, essendo trasmesso solo a metà della prole.
L'accoppiamento di insetti geneticamente modificati con zanzare selvatiche porterà al fatto che tutta la prole porterà elementi A e B, ma solo metà elemento C. Di conseguenza, secondo le leggi dell'ereditarietà, A e B si diffonderanno prima rapidamente nella popolazione e dopo una certa quantità generazioni, l'elemento C praticamente scomparirà, seguito dall'elemento B e, infine, A. La diffusione del gene mutante dipenderà dal numero di insetti rilasciati nell'ambiente naturale. Puoi assicurarti che quasi tutti gli individui che vivono in un determinato territorio saranno portatori della mutazione, ma in una popolazione più ampia i geni non saranno in grado di diffondersi. Se i test avranno esito positivo, sorgerà seriamente la questione dell'applicazione della tecnologia laddove vi è una chiara minaccia per la salute umana dalle zanzare della malaria.
Tutto è deciso
Alcune organizzazioni senza scopo di lucro, come Friends of the Earth e Council for Responsible Genetics, si sono pronunciate contro il gene drive, definendolo tecnologia di estinzione genica. Hanno suggerito di introdurre una moratoria. Tuttavia, nel dicembre 2016, le parti della Convenzione delle Nazioni Unite sulla diversità biologica hanno approvato l'uso del gene drive, chiedendo cautela nelle prove sul campo.
Foto: dominio pubblico / Wikimedia
In alcuni paesi, la tecnologia è già stata testata. I risultati di cinque prove sul campo condotte dal 2011 al 2014 a Panama, nelle Isole Cayman e nello stato brasiliano nordorientale di Bahia hanno mostrato una riduzione del 90% del numero di zanzare selvatiche. Ora il Brasile sta per rilasciare milioni di insetti geneticamente modificati per combattere Zika, dengue, febbre gialla e chikungunya.
Quindi, la possibilità di influenzare gli ecosistemi naturali mediante l'ingegneria genetica è stata dimostrata. Tuttavia, è possibile modificare direttamente i genomi umani per sbarazzarsi di malattie ereditarie? O rendere le persone immuni alla malaria da Plasmodium?
Nel febbraio 2017, le Accademie Nazionali di Scienze e Medicina degli Stati Uniti hanno pubblicato un rapporto in cui gli esperti hanno permesso di modificare il DNA delle persone per combattere le mutazioni che causano gravi disturbi nell'organismo. In realtà, questo significa correggere i geni difettosi negli embrioni umani. Questo ti aiuterà a far fronte a malattie come la corea di Huntington o l'insonnia familiare fatale. Tuttavia, l'uso delle tecnologie del gene drive sarà limitato alle popolazioni di animali selvatici, poiché il loro uso nell'uomo non è solo discutibile da un punto di vista etico, ma anche poco pratico: il gene si diffonderà troppo lentamente.
Alexander Enikeev
