Исследование, сообщил в журнале Science Advances, объединения продвинули генетические и статистические исследования, чтобы показать, как определенные генетические и поведенческие качества у несущих болезнь насекомых, как москиты, делают эти разновидности стойкими к генетической манипуляции.Это сопротивление могло усложнить попытки использовать CRISPR-Cas9 в борьбе с малярией – смертельная перенесенная москитом болезнь, которая угрожает более чем 3 миллиардам человек во всем мире – или упадки урожая, такие как западное зерно rootworm, агрессивная разновидность, которая стоит США приблизительно $1 миллиарда в потерянных зерновых культурах каждый год.Открытие системы CRISPR-Cas9 – или просто «CRISPR» – в начале 2010-х ввело беспрецедентный уровень точности в генетическом редактировании.
Ученые могут использовать метод, чтобы проектировать очень точные генетические «ножницы», которые отрезают и заменяют определенные части генома с последовательностями их выбора. Два английских ученых были первыми, чтобы показать, что метод мог распространить бесплодие у несущих болезнь москитов в конце 2015 года.
«Мы нашли, что маленькая наследственная изменчивость в разновидностях – а также тенденция многих насекомых к врожденному – может серьезно повлиять на эффективность попыток сократить их количество, используя технологию CRISPR», сказал Майкл Дж. Уэйд, Выдающийся профессор Биологии в Блумингтоне IU. «Хотя редкий, этих естественных генетических вариантов, стойких к CRISPR, достаточно, чтобы остановить попытки ограничения рождаемости, используя генетическую технологию, быстро возвращая дикое население к их ранее, ‘pre-CRISPR’ числа».Это означает дорогостоящие и отнимающие много времени усилия ввести гены, которые могли управлять популяциями насекомых – такими как черта, которая заставляет москитов женского пола откладывать меньше яиц – исчез бы через несколько месяцев. Это вызвано тем, что москиты мужского пола – раньше передавали новые гены, так как они не кусают – только живут приблизительно 10 дней.
Защитный эффект естественной наследственной изменчивости достаточно силен, чтобы преодолеть использование «генных двигателей» на основе основанной на CRISPR технологии – если генный двигатель не соответствует генетическому фону определенной целевой группы населения, добавил Уэйд. Генные двигатели относятся к генам, которые распространяются по уровню почти 90 процентов – значительно выше, чем нормальный 50-процентный шанс неотъемлемости, которая происходит в сексуальном репродуцировании организмов.
Уэйд, эксперт в «эгоистичных генах», которые функционируют так же к гену двигатели из-за их «супердарвинистской» способности быстро распространиться всюду по населению, объединился с коллегами в IU – включая Габриэля Э. Зентнера, эксперта в основанных на CRISPR генетических инструментах и доцента в Отделе Биологии – чтобы исследовать эффективность основанного на CRISPR ограничения рождаемости у жуков муки, разновидность, которая, как оценивают, разрушила 20 процентов зерна в мире после урожая.Команда проектировала основанные на CRISPR вмешательства, которые предназначались для трех сегментов в геноме жука муки от четырех частей мира: Индия, Испания, Перу и Индиана.
Они тогда проанализировали ДНК всех четырех вариантов жука и нашли естественные варианты в целенаправленной последовательности генов, присутствие которой повлияет на эффективность основанной на CRISPR технологии.Анализ показал, что наследственная изменчивость во всех четырех разновидностях в почти каждом проанализированном сегменте ДНК, включая различие оценивают целых 28 процентов у перуанских жуков. Значительно, статистический анализ Брода нашел, что темпа наследственной изменчивости всего 1 процент – объединенный с темпом межродственного скрещивания, типичного москитам в дикой природе – было достаточно, чтобы устранить любые основанные на CRISPR методы ограничения рождаемости в шести поколениях.
Результаты предлагают, чтобы тщательный анализ наследственной изменчивости в целевой группе населения предшествовал усилиям управлять несущими болезнь насекомыми, используя технологию CRISPR. Они также предполагают, что непреднамеренное распространение измененных генов по всему миру очень маловероятно, так как типичные уровни наследственной изменчивости помещают естественный контрольно-пропускной пункт в распространение между регионами или разновидностями.
«На основе этого исследования любой пытающийся уменьшать популяции насекомых через этот метод должен провести полный генетический анализ целевого генного региона, чтобы оценить темпы изменения», сказал Уэйд. «Это поможет предсказать эффективность метода, а также обеспечить понимание способов обойти естественную наследственную изменчивость с помощью вариантов Cas9 с измененной спецификой последовательности».