Nowa technika opracowana przez naukowców z Macquarie University i California Institute of Technology może pozwolić naukowcom na bezpieczniejsze zmienianie składu genetycznego dzikich populacji. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Komunikacja przyrodnicza.

Naukowcy zaproponowali nową technikę, która ma na celu rozwiązanie niektórych problemów regulacyjnych i rozwianie obaw społecznych związanych z istniejącymi metodami modyfikacji genetycznej.

Główny autor, dr Maciej Maselko z Wydziału Nauk Stosowanych na Uniwersytecie Macquarie, twierdzi, że technika ta, zwana Allele Sail, pozwoli na rozprzestrzenianie się korzystnych zmian genetycznych w populacji bez pozostawiania „obcego DNA”.

„Allele Sail oferuje sposób na zmianę cech i losów dzikich populacji w sposób, który może być bardziej akceptowalny, ponieważ modyfikowana genetycznie część jest wprowadzana z niską częstotliwością i zwykle nie będzie trwała wiecznie” – mówi.

Przełamywanie barier edycji genów

Inżynieria genetyczna mogłaby pomóc w rozwiązaniu poważnych globalnych problemów poprzez zmianę materiału genetycznego niektórych dzikich populacji — na przykład w walce z chorobami przenoszonymi przez komary, takimi jak malaria, lub w powstrzymaniu rozprzestrzeniania się szkodliwych dla środowiska szkodników inwazyjnych, takich jak ropuchy agi.

Istnieją jednak prawdziwe obawy społeczne dotyczące wprowadzania modyfikacji genetycznych do dzikich populacji i liczne ograniczenia regulacyjne.

Ludzie obawiają się, że zmodyfikowane organizmy mogą zawierać obce DNA, które z czasem może powodować nieprzewidywalne skutki ekologiczne; obawiają się, że zmodyfikowane geny mogą rozprzestrzenić się na inne gatunki, wywierając nieznany wpływ na ekosystemy; boją się również, że raz wprowadzonych modyfikacji genetycznych nie da się odwrócić.

Tradycyjne metody modyfikacji genetycznej mogą również skutkować szybkim rozprzestrzenianiem się zmodyfikowanych genów w populacji, co rodzi pytania zarówno ekologiczne, jak i etyczne.

W odpowiedzi na tę sytuację wprowadzono wiele ram regulacyjnych mających na celu zajęcie się kwestią modyfikacji genetycznych, co wiąże się z dodatkowymi wyzwaniami.

Obowiązujące przepisy często rozróżniają organizmy genetycznie modyfikowane (GMO) oraz te, których istniejące geny zostały zmodyfikowane, co stwarza bariery utrudniające zatwierdzenie i wdrożenie.

„System Allele Sail wykorzystuje edytora genów do wprowadzania określonych zmian DNA w genomie organizmu — ale w przeciwieństwie do innych metod modyfikacji genetycznej, edytor jest dziedziczony normalnie i nie zwiększa się w populacji” — mówi dr Maselko.

„Jednak zmiany, które wprowadza, mogą rozprzestrzeniać się szybko, potencjalnie czyniąc pożądane cechy powszechnymi”.

Modelowanie żagla allelowego

Metoda Allele Sail różni się od innych technik modyfikacji genetycznej, takich jak napędy genowe, które umożliwiają szybkie rozprzestrzenianie zmodyfikowanych genów w populacji.

Natomiast Allele Sail wprowadzają zmiany genetyczne za pomocą edytora, który pozostaje na niskim poziomie i potencjalnie można go całkowicie usunąć z populacji.

Naukowcy wykorzystali modele komputerowe, aby sprawdzić, jak system Allele Sail będzie działał w różnych scenariuszach. Odkryli, że uwolnienie nawet niewielkiej liczby organizmów noszących edytora może sprawić, że edytowane geny będą bardzo powszechne w populacji.

Podejście to można wykorzystać do ochrony zagrożonych gatunków, kontroli gatunków inwazyjnych lub ograniczenia rozprzestrzeniania się chorób przenoszonych przez owady.

Na przykład, może pozwolić naukowcom dodawać geny odporności na choroby lub tolerancji na ciepło do zagrożonych gatunków. Może również potencjalnie sprawić, że komary będą mniej zdolne do rozprzestrzeniania chorób, takich jak malaria.

„Obecne przepisy często traktują organizmy transgeniczne jako zmodyfikowane genetycznie, ale ich edytowane potomstwo jako nie-GMO. W tym kontekście Allele Sail zapewnia sposób na zmianę dzikich populacji, co może być bardziej akceptowalne”.

Jak działa Allele Sail

Edytor genomu, zwany „Wind”, może używać systemów opartych na CRISPR do wprowadzania ukierunkowanych zmian w określonych sekwencjach DNA. Powstałe edycje, zwane „Sail”, zwiększają się, gdy edytor napotyka niezmodyfikowane wersje genów docelowych w przyszłych pokoleniach.

Co ważne, organizmy posiadające dwie kopie edytowanych genów muszą przetrwać i rozmnażać się, aby system działał skutecznie.

Naukowcy badali możliwość wykorzystania tej techniki zarówno do modyfikacji populacji (np. dodania korzystnych cech), jak i w niektórych przypadkach do ich redukcji.

Symulacje komputerowe wykazały, że system może sprawić, że edytowane geny staną się bardzo powszechne w różnych scenariuszach, przy różnych kosztach i korzyściach.

„Wierzymy, że Allele Sails będzie szczególnie przydatne w pomaganiu zagrożonym gatunkom i ograniczaniu szkód wyrządzanych przez szkodniki, a jednocześnie będzie skutecznym sposobem na tłumienie niektórych populacji” — mówi dr Maselko.

Podejście to wykorzystuje najnowsze osiągnięcia w edycji genów, które umożliwiają bardzo precyzyjne zmiany DNA. Nawet niewielkie zmiany mogą czasami znacząco wpłynąć na cechy organizmu.

W artykule podano przykłady pojedynczych zmian genetycznych, które mogą zapewnić małżom i bydłu odporność na ciepło lub niektórym roślinom odporność na choroby.

Takie niewielkie zmiany mają większe szanse na zatwierdzenie przez organy regulacyjne niż dodawanie całkowicie nowych genów.

Spotkanie z regulatorami z systemami Allele Sail

Naukowcy zauważają, że niektóre systemy regulacyjne zaczynają traktować pewne edycje genów jako podobne do zmian naturalnych – przykładem jest oświadczenie z 2021 r. definiujące organizmy zmodyfikowane genetycznie, wydane przez australijski Urząd Regulatorów Technologii Genetycznych.

W związku z tym metoda Allele Sail, która wprowadza takie zmiany za pośrednictwem niskopoziomowego, nietrwałego transgenu, może być łatwiejsza do zatwierdzenia niż inne metody modyfikacji genetycznej.

„Każda modyfikacja genetyczna dzikich populacji będzie kontrowersyjna i będzie wymagała starannego zbadania potencjalnych skutków dla środowiska” – mówi dr Maselko.

Podkreśla, że ​​chociaż większość badań nad modyfikacjami genetycznymi koncentruje się na eliminowaniu gatunków szkodników, narzędzia te mogą mieć również pozytywny wpływ na zagrożone gatunki lub ekosystemy.

„Nasze badania pokazują, że technika Allele Sail jest subtelnym i potencjalnie odwracalnym narzędziem genetycznym do modyfikowania populacji, a wraz z rozwojem technologii edycji genów podejście to będzie coraz bardziej wykonalne”.

Naukowcy opublikowali kod symulacji komputerowej, aby umożliwić prowadzenie dalszych badań nad sposobami zastosowania systemów Allele Sail w różnych scenariuszach.

Ta treść została pierwotnie opublikowana na stronie The Macquarie University Lighthouse.