Nowy napęd genowy odwraca odporność szkodników na środki owadobójcze… a następnie znika

Insektycydy są stosowane od wieków w celu przeciwdziałania powszechnym szkodom powodowanym przez szkodniki w cennych uprawach spożywczych. W końcu z biegiem czasu u chrząszczy, ćmy, much i innych owadów rozwijają się mutacje genetyczne, które powodują, że środki owadobójcze stają się nieskuteczne.

Rosnąca oporność tych mutantów zmusza rolników i specjalistów zajmujących się zwalczaniem wektorów do zwiększenia stosowania trujących związków w coraz większych częstotliwościach i stężeniach, stwarzając ryzyko dla zdrowia ludzkiego i szkody dla środowiska, ponieważ większość insektycydów zabija zarówno ważne ekologicznie owady, jak i szkodniki.

Aby pomóc zaradzić tym problemom, badacze opracowali niedawno zaawansowane technologie, które genetycznie usuwają warianty genów odpornych na środki owadobójcze i zastępują je genami wrażliwymi na pestycydy. Te technologie napędu genowego, oparte na edycji genów CRISPR, mogą potencjalnie chronić cenne uprawy i znacznie zmniejszyć ilość chemicznych pestycydów niezbędnych do wyeliminowania szkodników.

Mimo to systemy napędu genowego poddano analizie w związku z obawą, że po uwolnieniu do populacji mogą stale rozprzestrzeniać się w sposób niekontrolowany.

Genetycy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego opracowali rozwiązanie tego problemu. Publikacja w czasopiśmie Komunikacja przyrodniczaze Szkoły Nauk Biologicznych, doktorant Ankush Auradkar i profesor Ethan Bier kierowali stworzeniem nowego systemu genetycznego, który przekształca odporne na środki owadobójcze formy zmutowanych genów owadów z powrotem do ich naturalnej, natywnej formy. Nowy system ma za zadanie rozprzestrzeniać pierwotną wersję genu „dzikiego typu” za pomocą stronniczego dziedziczenia określonych wariantów genetycznych zwanych allelami, a następnie znikać, pozostawiając jedynie populację owadów ze skorygowaną wersją genu.

„Opracowaliśmy skuteczne podejście biologiczne do odwracania oporności na środki owadobójcze bez powodowania jakichkolwiek innych zakłóceń w środowisku” – powiedział Bier, profesor w Katedrze Biologii Komórki i Rozwoju, na temat samoeliminującego napędu allelicznego, czyli „e-Drive”. ” „E-Drive jest zaprogramowany tak, aby działał przejściowo, a następnie znikał z populacji”.

Jak opisano w artykule, naukowcy stworzyli nowatorską „kasetę” genetyczną, małą grupę elementów DNA, i umieścili ją w muszkach owocowych w celu sprawdzenia słuszności koncepcji, którą można zastosować w przypadku innych owadów. Opracowali e-Drive, aby atakować gen znany jako kanał jonowy bramkowany napięcieml lub vgsktóra jest niezbędna do prawidłowego funkcjonowania układu nerwowego.

Kaseta e-Drive została zaprojektowana do rozprzestrzeniania się poprzez edycję genów CRISPR i zawiera kierujący RNA, który wiąże się z białkiem DNA Cas9 i wykonuje cięcie w docelowym miejscu vgs miejsce genu odpornego na środki owadobójcze. Następnie gen zostaje zamieniony na natywną kopię genu podatną na działanie środków owadobójczych.

Z badania wynika, że ​​gdy owady będące nosicielami kasety zostaną wprowadzone do populacji docelowej, łączą się w pary w sposób losowy i przekazują kasetę e-Drive swojemu potomstwu. Aby zachować kontrolę nad rozprzestrzenianiem się e-Drive, badacze narzucili osobom noszącym kasetę kontrolę sprawności fizycznej, sprawdzając ograniczoną żywotność lub płodność. Kaseta została wstawiona do chromosomu X i ograniczyła powodzenie godowe samców, co skutkowało mniejszą liczbą potomstwa. Częstość występowania kasety w populacji ostatecznie maleje z każdym pokoleniem, aż do całkowitego zniknięcia z populacji.

W eksperymentach laboratoryjnych całe potomstwo zostało przekształcone w geny natywne w ciągu ośmiu do dziesięciu pokoleń, co u muszek zajęło około sześciu miesięcy.

„Ponieważ owady niosące kasetę genową są karane poważnymi kosztami przystosowania, element ten jest szybko eliminowany z populacji i trwa tylko tak długo, jak potrzeba przekształcenia 100 procent odpornych na insektycydy form genu docelowego z powrotem do typu dzikiego – powiedział Auradkar.

Naukowcy zauważają, że samoeliminujący charakter e-Drive oznacza, że ​​można go wprowadzać i ponownie wprowadzać w razie potrzeby oraz w przypadku stosowania różnych rodzajów pestycydów. Naukowcy opracowują obecnie podobny system e-Drive u komarów, który ma zapobiegać rozprzestrzenianiu się malarii.

Oprócz Auradkara i Biera współautorami Komunikacja przyrodnicza w artykule wzięli udział ich bliscy współpracownicy Rodrigo Corder z Instytutu Nauk Biomedycznych Uniwersytetu w São Paulo; oraz John Marshall z Innovative Genomics Institute, którzy przeprowadzili wyrafinowane modelowanie matematyczne, które ujawniło ważne ukryte cechy systemu e-Drive, w tym jego zdolność do skutecznego odstrzału klasy osobników, u których proces jazdy nie nastąpił.