Billede: Getty Images
For mere end et halvt århundrede, at forskere har drømt om udnyttelse af et ulige særhed af natur— “selviske gener”, som omgå den normale 50/50 love af arv og tvinge deres vej ind afkom—til ingeniør hele arter. For et par år siden, fremkomsten af CRISPR-Cas9 gen redigering teknologi slået denne videnskab fiktive begreb i en blændende potentielle virkelighed, der kaldes en gen-drev. Men efter alt den hype, og frygt for den teknologi, der er misbrug, er forskerne nu spørgsmålstegn ved, om gen-drev, vil arbejde på alle.
Gen-drev er en molekylær teknologi, der styrker en redigeret gen til at være gået sammen i alle af en organismes afkom, tvingende karakter er 50/50 arv mix. Den første menneske-gen manipuleret kørsel blev kun påvist i bananfluer i 2015, men forskerne snart var der tale om ved hjælp af gen-drev til at udrydde invasive skadedyr eller dræbe skarer af malaria myg.
Men snart efter, andre forskere påvist, at der som en infertilitet mutation i kvindelige myg, der med succes blev videregivet til afkommet over mange generationer, modstand dukket op, så nogle af myg for at undgå arver mutationen. Lige som bakterier kan udvikle resistens over for antibiotika, de vilde bestande kan udvikle resistens over for ændringer, der tager sigte på at tilintetgøre dem. Gen-drev, død.
Nu, i et nyt papir ud torsdag i PLOS Genetics, forskere ved Cornell viser, at der, i det mindste i bananfluer, mange flere fluer end forventet, syntes at have en naturlig genetisk resistens gen-drev. Papiret giver endnu stærkere bevis for, at engineering store bestande af vilde arter er ikke så simpelt som splejsning åbne en genom, og indsætte nogle gen-drev DNA.
I New Zealand, regeringen er mulling ved hjælp af gen-drev til at udslette invasive skadedyr. På Nantucket og Martha ‘ s Vineyard, en videnskabsmand, der ønsker at bruge det til at udrydde Lyme sygdom. I Guam, de ønsker at kontrollere træet slanger. Men ikke så hurtigt, som forskerne siger.
“Disse modstand priser så høje, at en gen-drevet ikke ville sprede sig i en befolkning,” Phillip Messer, der er medforfatter på undersøgelsen, fortalte Gizmodo. “Vores hjem er, at modstand er klart et større problem, end vi oprindeligt havde troet. Denne teknologi stadig kunne arbejde, men det er ikke så simpelt som de første papirer foreslået.”
Cornell papir, der dukkede op sammen med en udtalelse stykke med en overskrift, der foreslog en provokerende forestilling: Indtil nu, samtale om gen-drev har eksisteret i et reality-gratis boble.
“Denne” modstand ” resultatet ville nemt at forpurre stort set alle planlagte anvendelse af et gen, der drev, og det udgør en alvorlig udfordring til de mange, der havde håbet på anvendelser af denne teknologi,” sine ” forfattere skrev.
“Vores hjem er, at modstand er klart et større problem, end vi oprindeligt havde troet. Denne teknologi stadig kunne arbejde, men det er ikke så simpelt som de første papirer foreslået.”
Modstand er ikke den eneste forhindring for at sætte gen drev til praktisk brug. For en, indtil videre, syntetisk gen-drev er kun blevet påvist at arbejde i insekter og gær. Sikkerhed er en stor bekymring. Og baseret på det ramaskrig sådan videnskab har allerede set fra miljøgrupper, det er sikkert at sige, at der vil være en rimelig række lovgivningsmæssige og politiske forhindringer, også.
Men modstanden kan meget vel være det største problem, og det er et problem, der har været nedtonet, indtil for nylig.
“Folk er begyndt at grave mere i nuancer af denne ting, og vi får ind nitty gritty af, hvad der skal løses,” Gabriel Zenter, en Indiana University biolog, fortalte Gizmodo.
I den nye forskning, at forskere for første gang gav nogle antydning af de mekanismer, der kan være ansvarlige for modstand. Visse fluer, selvom de var alle medlemmer af samme art, kun syntes at være bedre rustet genetisk til at kæmpe tilbage mod et drev. De fandt også, at modstand udviklet både før befrugtning i germline, og inden for et foster. Og modstand kunne dukke op inden for en enkelt generation. Dette betyder, at der var et gen drev indsat i naturen, det er svært at sige, hvor effektivt det virkelig ville være.
“Du behøver ikke at vide, hvad der lurer rundt i genomet, som kan påvirke et gen, der er drevet positivt eller negativt,” sagde Zenter, som ikke var forbundet med undersøgelsen. “Mennesker, der ikke kunne forudse ting som den genetiske baggrund problem. Jeg tror, vi er slags kommer i retning af en mere moden forståelse af de forhindringer, der skal overvindes.”
Mindst et par forskning grupper, der allerede arbejder på en vej uden om disse forhindringer. I et andet papir ud dette år, forskerne har foreslået en måde at redesigne gen-drev med henblik på at omgå potentiel immunitet, hypoteser, at en mere kompleks arkitektur, ville gøre det vanskeligt for en mutation opstår i en kort periode. I stedet for blot herunder en vejledning i et gen, der er drevet til at skære et stykke af DNA-på ét sted, deres arkitektur, det skærer i flere steder, hvilket betyder at det ville kræve flere mutationer til at overskrive harddisken. De foreslog også en anden metode, der udnytter en dyrearts overlevelse, programmering, der er målrettet områder af genomet, der er afgørende for en arts fitness, og der er mindre tilbøjelige til at mutere i første omgang.
I en pre-print-papir, messers lab har allerede eksperimenteret med det første scenarie. “Det virker, men ikke så godt som vi havde håbet på,” sagde han.
I sidste ende, sagde han, en fungerende gen-drev vil sandsynligvis være langt mere kompleks end nogen forestiller sig, at indarbejde flere forskellige strategier i arkitekturen til at tilsidesætte modstand.
Charleston Ædel, en Harvard Ph. D. kandidat studere gen-drev, er mere optimistisk. Efter alt, er han påpeger, myg arter har vist sig at være naturligt mindre tilbøjelige til at udvikle resistens end bananfluer. Ikke alle arter kan være så svært at manipulere med, og i nogle tilfælde kan du ikke nødt til at ændre en hel befolkning til at skabe den ønskede forandring.
Og Kevin Esvelt, en syntetisk biolog ved MIT, sagde de eksperimenter, der kun bekræftet i, hvad forskerne har længe kendt.
“Disse elegante eksperimenter sammenfattende viser, at der er ingen grund til at bygge en gen-drevet system, der kun holde et enkelt sted,” sagde han til Gizmodo. “Jeg er ikke så sikker på, at det beløb, der er til dukker en ‘boble’ i området, eller at det er nogen form for ny virkelighed.”
Inden for syntetisk biologi, er det blevet en slidt kliché om, at “livet finder en måde.” I sidste ende, om der er noget til det. Ingeniør-natur vil kræve mere end flip af en simpel genetisk skifte.