Боротьба з вірусом Зіка — про успіхи в лабораторії Гарварду

У спеціалізованому виданні Science Advances опубліковано результати досліджень вчених з Гарварду, які розробляють методи зміни генетичного коду москітів, що переносять вірус Зіка. Чи можна говорити про те, що науковці винайшли спосіб боротьби з епідеміями? Власне, сам метод вони визначили раніше — зміна гену комах, що переносять вірус. Дослідження ж показують, що не все так просто в генетичному коді, а захиститися від наступної епідемії людству буде важко.

mosquitoe-1548976_1280

Цифрова боротьба з епідемією

Серед багатьох нових можливостей, які дає науковцями технологія редагування генів Crispr, найактуальнішою є боротьба з поширенням смертельних захворювань. Щоб унеможливити епідемії потрібно звернутися до методу перенесення генів, який забезпечує швидке поширення певного гену серед популяції, в обхід звичних законів наслідування. Науковці можуть перенести цілому поколінню москітів ген, який вбиває вірус Зіка. Проблема в тому, що живі організми здатні пристосовуватися до змін на генному рівні і оминати їх, так само, як вони навчилися перегравати пестициди й антибіотики. Це — природа еволюції, її прояв «інстинкту самозбереження».

Та вчені не планують поступатися, тому що ціна питання занадто висока. В багатьох лабораторіях витрачають значні ресурси на те, щоб метод перенесення генів прижився в еволюційному розвитку живих видів. Маленький москіт, в середньому, є збудником десятків захворювань, від яких щороку помирають більше 1 млн людей по всьому світу. Це робить комаху найнебезпечнішою живою істотою на Землі. Антимоскитні сітки, хімічні засоби та медичні препарати не здатні вирішити цю проблему, на відміну від зміни генетичного коду москіта. Для успіху вченим лише потрібно навчитися переносити гени таким чином, щоб комахи виживали і розмножувалися зі зміненою ДНК. Інакше всі зусилля науки виявляться марними.

Вчені з Гарварду у своєму дослідженні використовували математичні моделі, які прораховують поширення перенесених генів в популяції. Отриманий в результаті штучного перенесення ген розійшовся в 99% популяції всього за 10 поколінь. Протягом наступних 200 поколінь він залишався в популяції, без появи мутації, що опирається змінам на генному рівні. Вчені ще не експериментували зі справжніми комахами, їх цифрова модель може слугувати інструкцією для будь-яких фахівців, що візьмуться за перенесення гену в природних умовах.

Опис роботи комп’ютерної моделі від гарвардських фахівців наглядно демонструє основну перевагу методу перенесення генів. Він прискорює поширення певної специфікації серед видів, створює явище, яке генетики називають «супер-спадковістю Менделя» — за швидкість та невідворотність наслідування зміненого гена. Коли комаха із перенесеним фрагментом ДНК парується зі звичайним москітом, їх потомство вже матиме змінений ген, незважаючи на природні закони еволюції. Перенесений ген видаляє фрагмент природного гену, заміняє його своєю копією і робить так знову і знову в нових організмах, аж поки кожен москіт не матиме по два перенесених гени, а отже, матиме і здатність опиратися вірусу Зіка.

Принаймні, так має бути, за планом вчених. Однак, розвиток живих організмів неможливо передбачити з абсолютної точністю, в природі ж трапляються помилки. Той факт, що перенесений ген видаляє початковий фрагмент сам по собі підвищує вірогідність мутацій. Не можна виключати, що за кілька поколінь москіти навчаться опиратися зміні генної інформації і перенесений фрагмент стане рецесивним.

Переграти еволюцію

Щоб перебороти еволюційні прояви вченим потрібно винайти ген, що буде передаватися між організмами москітів, навіть за умови не ідеального його копіювання, а також не втрачатиме здатність боротися з вірусом. Так стверджує Чарльстон Ноубл (Charleston Noble), спеціаліст в області обчислювальної біології, який виступив головним автором опублікованого дослідження. «Головна задача — розділити явища опору генетичним змінам і саме перенесення гену».

Ще один автор дослідження, фахівець в області генної інженерії Джордж Чьорч (George Church) розробляє технологію для виконання цієї задачі. Метод з робочою назвою «перекодування» передбачає, що перенесений ген заміняє лише той фрагмент коду, який відповідає за розмноження та виживання комахи. Якщо перенесення відбувається успішно, москіт живе і розмножується, передаючи свою набуту несприйнятливість до вірусу Зіка. Якщо ж перенесення генів не вдається — комаха помирає або втрачає здатність до продовження роду. Ще одна особливість методу перекодування забезпечить постійну присутність нового гену в живих організмах. Оскільки генетичний код мінливий, можна, умовно кажучи, замінити фрагмент C на фрагмент T або T замінити на A і в результатті отримати однаковий білок, хоча послідовність ДНК в ньому буде відмінною. За перекодування будова перенесеного гену не буде на 100% відворювати будову гену, який він витісняє, а тому новий ген не видалятиме сам себе у наступних популяціях.

Робота в полі

Філіпп Мессер (Philipp Messer), спеціаліст в області популяційної генетики в Корнуеллському університеті США вважає, що цим шляхом і має рухатися генна інженерія, щоб навчитися протистояти епідеміям. Саме в його лабораторії вперше почали експериментувати з живими комахами. Як зізнаються вчені, вони й досі не мають чіткої відповіді, чи спрацьовує математично розрахована цифрова модель від команди Чарльстона Ноубла в реальному середовищі. Існує безліч перешкод на шляху її реалізації, наприклад, вчені в своїх розрахунках виходять з твердження, що всі москіти в природному середовищі взаємодіють між собою, і рано чи пізно комахи з пересадженим геном поширять його між всіма популяціями. Однак географічні бар’єри (гори, океани) сприяють появі закритих популяцій живих організмів, до яких ген опору вірусу Зіка просто не дістанеться.

Окрім того, навіть з усіма доступними на сьогодні технологіями, включаючи Crispr, вчені все ще не можуть передбачити всі можливі мутації в межах одного виду. Фахівці найвищого класу не знають напевне, як відреагує москіт на змінений ген, оскільки всі комахи реагують по-різному. В комп’ютерних розрахунках вказано, що москіти однаково сприймають новий ген, а на практиці все зовсім не так. Мессер пояснює, що в процесі експериментів з добре знайомими всім школярам мошками-дрозофілами вчені спостерігали набагато більше мутацій, аніж очікувалося. І ці мутації також відрізнялися між собою. Тож, до реального втілення в життя цифрової версії перенесення генів ще багато роботи. Однак минулорічний спалах рідкісного вірусу Зіка довів — людство й досі не навчилося захищатися від епідемій, попри величезний технологічний прогрес, доступ до інформації, свободу пересування та все інше.

ЧИТАЙТЕ ТАКОЖ:

Джерело: Wired.com