Hvad er et gendrev?

  • Yurii Mongol
  • 0
  • 2497
  • 202

Et gendrev er en type genteknik, der ændrer gener, så de ikke følger de typiske arvelighedsregler. Gendrev øger sandsynligheden for, at en bestemt pakke gener overføres dramatisk til den næste generation, så generene hurtigt kan sprede sig gennem en befolkning og tilsidesætte den naturlige selektion. Takket være CRISPR-Cas9, genredigeringsteknologien, der er udnyttet af bakterier, bliver gendrevene lettere for forskere at bygge.

Med gendrevsteknologi "kan du ændre evolutionær bane. Du kan forårsage udryddelse," sagde Andrea Crisanti, en genetiker ved Imperial College London. Dette kan være en effektiv måde at udrydde gener af gener, som for eksempel malaria-forårsagende myg. Men forskere arbejder stadig på at bestemme de potentielle bredere økologiske og miljømæssige virkninger af at bruge gendrev til at eliminere en hel art.

Hvordan fungerer gendrev?

Et gendrev består af tre nøglekomponenter: det gen, du vil sprede; Cas9-enzymet, der kan skære DNA; og CRISPR, en antagelig DNA-sekvens, der identificerer, hvor enzymet skal skære. Det genetiske materiale, der koder for disse tre elementer, indsættes i et dyrs DNA i stedet for det naturligt forekommende gen, du vil erstatte i begge kromosomer..

Gendrivkraften er, at det forstyrrer arveloven, sagde Crisanti. I normal arvelighed er der 50% chance for, at et bestemt gen overføres fra forælder til afkom. Gendrevet teknologi forvandler en 50% chance til en næsten 100% garanti.

Når et dyr, der bærer gendrivpakken, parrer sig med et dyr, der ikke gør det, får deres afkom en kopi af DNA fra begge forældre: en naturlig version og en gendrevversion. Når sædcellerne møder æget og kromosomerne fra de forskellige forældre stiller op for første gang, aktiveres CRISPR i gendrevet DNA. Den genkender kopien af ​​det naturlige gen i det modsatte kromosom og instruerer det DNA-skære Cas9-enzym til at skære den naturlige kopi ud, før embryonisk udvikling begynder.

Relaterede: Prokaryotiske vs. eukaryote celler: Hvad er forskellen?

Når det naturlige gen er beskadiget, udløses cellens specielle reparationsmaskineri. Reparationsmaskineriet gendanner det manglende DNA, men det bruger det ubrutte kromosom, som er det, der bærer gendrevet, som sin skabelon. Så når reparationen er afsluttet, bærer begge kromosomer en kopi af gendrevet. Fra det tidspunkt vil der være to kopier af gendrevet i hver celle, og dyret overfører gendrevet videre til den næste generation.

Og så fortsætter processen. Hver gang drevet videresendes, skærer CRISPR den naturlige version af genet, cellereparationsmaskiner griber ind, og en kopi af gendrevet bliver to. På få få generationer bliver det nye gen allestedsnærværende i befolkningen, som undertiden fuldstændigt erstatter det naturligt forekommende gen.

Gen-drev myg

I 2018 offentliggjorde Crisanti og hans kolleger en undersøgelse i tidsskriftet Nature Biotechnology, der beskrev hvordan gendrivet teknologi kunne forårsage befolkningens sammenbrud af Anopheles gambiae, myggen, der forårsager malaria. Gruppen byggede et gendrev, der ville ændre et kønsrelateret gen og forstyrre kvindelig fertilitet. Gendrevet med det beskadigede kvindelige fertilitetsgen spredte sig gennem 100% af testpopulationen i så lidt som syv generationer. Arten kunne ikke parre sig, og bestanden kollapsede. Nogle forskere mener, at dette kan være den tilgang, der endelig udsletter malaria - en brutal sygdom, der er ansvarlig for at forårsage 280 millioner sygdomme og 405.000 dødsfald globalt i 2018, ifølge Verdenssundhedsorganisationen.

Relaterede: 10 fantastiske ting, som forskere lige gjorde med CRISPR

Gendrevet tilgang er en unik overkommelig og bæredygtig måde at udrydde malaria-forårsagende myg, sagde Cristanti. Andre tilgange som insekticid og miljøhåndtering er effektive, men ekstremt dyre, og langt ud over de mange landes økonomiske kapacitet, sagde han. "Gendrift tillader spredning af en genetisk egenskab i en befolkning fra få individer, der løser problemet med bæredygtighed ved dens rod."

Men at udslette en hel art er en stor aftale, og at implementere et gendrev i naturen er ikke en let beslutning.

Er gendrev farlige?

Forskere arbejder på at forudsige, hvad eliminering af en gener af arter kan betyde for resten af ​​økosystemet.

At udrydde malaria-forårsagende myg ved hjælp af et gendrev synes sandsynligvis at være en minimalt påvirkelig plan. "Indtil videre viser økologiske test, at økosystemet ikke kollapser," når en myggeart fjernes, sagde Fred Gould, en evolutionær biolog ved North Carolina State University.

De økologiske virkninger af andre gendriftsprojekter er mere udfordrende at skelne. For eksempel arbejder naturvæsenere og genetikere på et gendrev, der kunne eliminere gnagere med invasive øer - en ædel indsats, i betragtning af at invasive gnavere er blevet knyttet til udryddelse af 75 indfødte arter, ifølge en undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Proceedings of National Academy of Science.

Men udryddelse af gnavere med et gendrev med potentielt større økologiske risici end udryddelse af en myg. Hvis gnaver med gnaverne nogensinde slap væk fra øen og bragte den tilbage til gnavernes naturlige habitat, ligesom Nordamerika, kunne drevet eliminere mus og rotter, hvor de er en kritisk del af økosystemet. Gnagernes fravær kan føre til økosystemets sammenbrud.

Relaterede: Her er hvad vi ved om CRISPR-sikkerhed

Af den grund har Gould og hans kolleger arbejdet på en strategi, der kun ville målrette mod mus, der bor på øer. Geografisk forskellige populationer har ofte den samme variant af et gen eller allel, der er specifikt for deres lokale befolkning. Hvis forskere kan identificere en allel, der er specifik for den befolkning, de ønsker at udrydde, kan de oprette et gendrev, der er specifikt for denne population. Drevet spreder sig kun til personer, der bærer den specifikke allel; det ville ikke fungere hos personer uden den specifikke allel. Forskerne beskrev denne metode i en 2019-undersøgelse, der blev offentliggjort i tidsskriftet Scientific Reports.

Derudover studerer flere forskere potentielle saneringsplaner eller strategier for at fjerne gendrevet fra miljøet i tilfælde af uønskede resultater. F.eks. Offentliggjorde Crisanti og hans kolleger en undersøgelse i 2017 i tidsskriftet Plos Genetics, der beskrev, hvordan genetiske mutationer, der er resistente over for gendrevet, kunne vedvare og eliminere gendrevet i bare nogle få generationer. Den gendrevresistente mutation ville være nødt til at undgås for at gendrevet kan vedvare, eller det kan være en måde at eliminere et uønsket gendrev på.

Selvom konceptet om at bruge et gendrev til at beskytte menneskers sundhed og gendanne den økologiske balance er lovende, har forskning i værktøjets implikationer og effektivitet en måder at gå på.

Yderligere ressourcer:

  • Hold dig informeret om de seneste nyheder om CRISPR på CRISPR-nyhedssiden.
  • Se denne korte video, der beskriver, hvordan et gendrev fungerer fra Wyss Institute på Harvard University.
  • Her er en anden kort video, der beskriver mulige måder at beskytte et gendrev, også fra Wyss Institute på Harvard University.
Se alle kommentarer (0)



Endnu ingen kommentarer

De mest interessante artikler om hemmeligheder og opdagelser. Masser af nyttige oplysninger om alt
Artikler om videnskab, rum, teknologi, sundhed, miljø, kultur og historie. Forklare tusinder af emner, så du ved, hvordan alt fungerer