Представляя Гарвардскую медицинскую школу, Институт биологической инженерии Висса при Гарвардском университете, Гарвардскую школу общественного здравоохранения, Массачусетский технологический институт (MIT), Бостонский университет, Центр Вильсона и Государственный университет Аризоны, в команду входят ученые, работающие в различных дисциплинах. от геномной инженерии до общественного здравоохранения и экологии, а также анализа рисков и политики.Инженерные генные влечения — это генетические системы, которые обходят традиционные правила полового размножения и значительно увеличивают вероятность того, что влечение будет передано потомству. Это позволяет распространять определенные генетические изменения через целевые дикие популяции на многие поколения.
Они представляют собой потенциально мощный инструмент для решения региональных или глобальных проблем, включая контроль над инвазивными видами и искоренение болезней, переносимых насекомыми, таких как малярия и лихорадка денге.Идея не нова, но исследователи из Гарварда наметили технически осуществимый способ создания генных движений, которые потенциально могли бы распространять практически любое геномное изменение через популяции видов, размножающихся половым путем.
«Мы все полагаемся на здоровые экосистемы и несем ответственность за их сохранение в целости и сохранности для будущих поколений», — сказал Кевин Эсвелт, научный сотрудник Института Висса по развитию и ведущий автор двух статей, опубликованных на этой неделе. "Учитывая широкий потенциал генных побуждений для решения экологических проблем, мы надеемся инициировать прозрачное, инклюзивное и информированное общественное обсуждение — задолго до любого тестирования — чтобы коллективно решить, как мы можем использовать эту технологию для улучшения человечества и окружение."После обсуждения широкого применения технологии на семинаре, спонсируемом NSF, организованном Центром Вудро Вильсона и Массачусетским технологическим институтом в январе 2014 года, команда написала две связанные статьи. Первый из них, опубликованный в eLife, описывает предлагаемые технические методы построения генных дисков у разных видов, определяет их теоретические возможности и ограничения и описывает возможные применения.
Второй, представленный в Science, обеспечивает первоначальную оценку потенциальных воздействий на окружающую среду и безопасность, анализ нормативного покрытия и рекомендации по обеспечению ответственной разработки и тестирования перед использованием. Авторы также описали ключевые особенности генного влечения в сообщении в блоге Scientific American.
Новая техническая работа в eLife основана на исследовании Остина Берта из Имперского колледжа Лондона, который более десяти лет назад впервые предложил использовать тип генного драйва, основанный на разрезании ДНК, для изменения популяций. Авторы отмечают, что универсальный инструмент редактирования генов под названием CRISPR, который недавно был совместно разработан некоторыми из тех же исследователей из Гарварда и Института Висса и позволяет точно вставлять, заменять и регулировать гены, теперь делает возможным создание генов. диски, которые работают у многих разных видов.
«Наше предложение представляет собой потенциально мощный инструмент управления экосистемой для глобальной устойчивости, но он несет с собой новые проблемы, как и в случае с любой новой технологией», — сказал Джордж Черч, профессор генетики в Гарвардской медицинской школе, член факультета Wyss Core и соавтор книги. обе публикации.Эсвелт отметил, что геномные изменения, производимые генными драйвами, должны быть обратимыми. В публикации eLife команда описала многочисленные меры предосторожности, направленные на обеспечение безопасного и ответственного развития генного драйва, многие из которых были невозможны с использованием более ранних технологий.
«Если общественность когда-либо подумает об использовании генного драйва, нам нужно будет разработать соответствующие меры безопасности. Обеспечение того, чтобы у нас было под рукой работающее обратное движение, чтобы быстро отменить предлагаемое геномное изменение, было бы одной из таких мер предосторожности», — сказал он.
Поскольку побуждения могут распространять черты только на поколения, они будут наиболее эффективны у видов, которые быстро размножаются или могут быть выпущены в больших количествах. Для насекомых может потребоваться всего пара лет, чтобы увидеть желаемое изменение в популяции в целом, в то время как для более медленно размножающихся организмов потребуется гораздо больше времени. Изменение человеческих популяций невозможно, потому что для этого потребуются многие столетия.Генный драйв может нанести мощный удар по малярии, изменив популяции комаров, чтобы они больше не могли распространять болезнь, от которой ежегодно умирают 650 000 человек и заболевают сотни миллионов.
Их также можно использовать для избавления местной окружающей среды от инвазивных видов или для того, чтобы проложить путь к более устойчивому сельскому хозяйству путем обращения вспять мутаций, которые позволяют определенным видам сорняков, таким как водоросль, противостоять гербицидам, которые важны для земледелия с нулевой обработкой почвы.Инновационный характер генных побуждений создает проблемы регулирования. «Проще говоря, генные двигатели не вписываются в существующие нормы США и международные конвенции», — сказал политолог Кеннет Ой, автор научной статьи и директор программы MIT по новым технологиям. «Например, применение генных побуждений животными будет регулироваться FDA в качестве ветеринарных лекарств. Возможные последствия генных побуждений выходят за рамки списков бактериологических и вирусных агентов, которые теперь определяют режимы безопасности. Нам понадобится как реформа регулирования, так и общественное участие, прежде чем мы сможем рассмотреть полезные варианты использования.
Вот почему мы рады, что обсуждение генных движений начнется как можно раньше ".«Множеству различных групп и заинтересованной общественности необходимо будет объединиться, чтобы гарантировать, что генные двигатели разрабатываются и используются ответственно», — сказал Джеймс П. Коллинз, эколог-эволюционист из Университета штата Аризона и старший автор научной статьи. Коллинз ранее был заместителем директора по биологическим наукам в Национальном научном фонде.
«Понимание того, как популяции и экосистемы будут реагировать на различные изменения, и решение потенциальных проблем безопасности потребует постоянной многопрофильной работы групп инженеров-биологических, экологов, специалистов по приборам, социологов и общественности», — сказал Коллинз. «Статьи в eLife и Science служат моделью для следующих шагов, которые необходимо предпринять».