20.09.2018
вирус Зика

Борьба с вирусом Зика. Об успехах в лаборатории Гарварда

Рейтинг:  5 / 5

Звезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активна
 

В специализированном издании Science Advances опубликованы результаты исследований ученых из Гарварда, которые разрабатывают методы изменения генетического кода москитов, переносящих вирус Зика.

Можно ли говорить о том, что ученые изобрели способ борьбы с эпидемиями? Собственно, сам метод они определили ранее — изменение гена насекомых, переносящих вирус. Исследования же показывают, что не все так просто в генетическом коде, а защититься от следующей эпидемии человечеству будет трудно.

Цифровая борьба с эпидемией

Среди многих новых возможностей, которые дает учеными технология редактирования генов Crispr, актуальной является борьба с распространением смертельных заболеваний. Чтобы исключить эпидемии нужно обратиться к методу переноса генов, который обеспечивает быстрое распространение определенного гена среди популяции, в обход привычных законов подражания. Ученые могут перенести целому поколению москитов ген, который убивает вирус Зика. Проблема в том, что живые организмы способны приспосабливаться к изменениям на генном уровне и обходить их, так же, как они научились переигрывать пестициды и антибиотики. Это — природа эволюции, ее проявление «инстинкта самосохранения».

И ученые не планируют уступать, потому что цена вопроса слишком высока. Во многих лабораториях тратят значительные ресурсы на то, чтобы метод переноса генов прижился в эволюционном развитии живых видов. Маленький москит, в среднем, является возбудителем десятков заболеваний, от которых ежегодно умирают более 1 млн человек по всему миру. Это делает насекомое опасным живым существом на Земле. Антимоскитные сетки, химические средства и медицинские препараты не способны решить эту проблему, в отличие от изменения генетического кода москита. Для успеха ученым лишь нужно научиться переносить гены таким образом, чтобы насекомые выживали и размножались с измененной ДНК. Иначе все усилия науки окажутся бесполезными.

Ученые из Гарварда в своем исследовании использовали математические модели, которые просчитывают распространение перенесенных генов в популяции. Полученный в результате искусственного переноса ген разошелся в 99% популяции всего за 10 поколений. В течение следующих 200 поколений он оставался в популяции, без появления мутации, противится изменениям на генном уровне. Ученые еще не экспериментировали с настоящими насекомыми, их цифровая модель может служить инструкцией для любых специалистов, которые возьмутся за перенос гена в природных условиях.

Описание работы компьютерной модели от гарвардских специалистов наглядно демонстрирует основное преимущество метода переноса генов. Он ускоряет распространение определенной спецификации среди видов, создает явление, которое генетики называют «супер-наследственностью Менделя» — за скорость и неотвратимость подражания измененного гена. Когда насекомое с перенесенным фрагментом ДНК спаривается с обычным москітом, их потомство уже будет иметь измененный ген, несмотря на природные законы эволюции. Перенесенный ген удаляет фрагмент природного гена, заменяет его своей копией и делает так снова и снова в новых организмах, пока каждый москит не будет иметь по два перенесенных гены, а следовательно, иметь и способность сопротивляться вирусу Зика.

По крайней мере, так должно быть, по плану ученых. Однако, развитие живых организмов невозможно предсказать с абсолютной точностью, в природе же встречаются ошибки. Тот факт, что перенесенный ген удаляет исходный фрагмент сам по себе повышает вероятность мутаций. Нельзя исключать, что через несколько поколений москиты научатся сопротивляться изменению генной информации и перенесенный фрагмент станет рецессивным.

Переиграть эволюцию

Чтобы преодолеть эволюционные проявления ученым нужно изобрести ген, который будет передаваться между организмами москитов, даже при условии не идеального его копирования, а также не терять способность бороться с вирусом. Так утверждает Чарльстон Ноубл (Charleston Noble), специалист в области вычислительной биологии, который выступил главным автором опубликованного исследования. «Главная задача — разделить явления сопротивления генетическим изменениям и именно перенос гена».

Еще один автор исследования, специалист в области генной инженерии Джордж Чьорч (George Church) разрабатывает технологию для выполнения этой задачи. Метод с рабочим названием «перекодировки» предусматривает, что перенесенный ген заменяет лишь тот фрагмент кода, который отвечает за размножение и выживание насекомые. Если перенос происходит успешно, москит живет и размножается, передавая свою приобретенную невосприимчивость к вирусу Зика. Если же перенос генов не удается — насекомое умирает или теряет способность к продолжению рода. Еще одна особенность метода перекодирования обеспечит постоянное присутствие нового гену в живых организмах. Поскольку генетический код изменчив, можно, условно говоря, C заменить фрагмент на фрагмент T или T заменить на A и в результате получить одинаковый белок, хотя последовательность ДНК в нем будет отличной. За перекодирование строение перенесенного гена не будет на 100% відворювати строение гена, который он вытесняет, а потому новый ген не удалит сам себя в последующих популяциях.

Работа в поле

Мессер филипп (Philipp Messer), специалист в области популяционной генетики в Корнуелльском университете США считает, что этим путем и должна двигаться генная инженерия, чтобы научиться противостоять эпидемиям. Именно в его лаборатории впервые начали экспериментировать с живыми насекомыми. Как признаются ученые, они и до сих пор не имеют четкого ответа, срабатывает математически рассчитана цифровая модель от команды Чарльстона Ноубла в реальной среде. Существует множество препятствий на пути ее реализации, например, ученые в своих расчетах исходят из утверждения, что все москиты в естественной среде взаимодействуют между собой, и рано или поздно насекомые с пересаженным геном распространят его между всеми популяциями. Однако географические барьеры (горы, океаны) способствуют появлению закрытых популяций живых организмов, к которым ген сопротивления вируса Зика просто не достанется.

Кроме того, даже со всеми доступными на сегодняшний день технологиями, включая Crispr, ученые все еще не могут предусмотреть все возможные мутации в рамках одного вида. Специалисты высочайшего класса не знают наверняка, как отреагирует москит на измененный ген, поскольку все насекомые реагируют по-разному. В компьютерных расчетах указано, что москиты одинаково воспринимают новый ген, а на практике все совсем не так. Мессер объясняет, что в процессе экспериментов с хорошо знакомыми всем школьникам мошками-дрозофилами ученые наблюдали гораздо больше мутаций, чем ожидалось. И эти мутации также отличались между собой. Поэтому, до реального воплощения в жизнь цифровой версии переноса генов еще много работы. Однако прошлогодний вспышка редкого вируса Зика доказал — человечество до сих пор не научилось защищаться от эпидемий, несмотря на огромный технологический прогресс, доступ к информации, свободу передвижения и все остальное.

  1. Последние
  2. Популярные
Загрузка...

Новости технологий сегодня

Самые популярные метки