Beeld: Getty Images
Voor meer dan een halve eeuw, wetenschappers hebben gedroomd van het gebruik van een vreemde gril van de natuur— “de zelfzuchtige genen” die niet de normale 50/50 wetten van erfelijkheid en kracht hun weg in de nakomelingen te engineer hele soort. Een paar jaar geleden, met de komst van de CRISPR-Cas9 gen technologie voor het bewerken draaide deze wetenschap fictieve concept in een schitterende mogelijke werkelijkheid, heet een gen-station. Maar na al de hype, en de angst van de technologie misbruik, wetenschappers zijn nu afvraagt of gen-stations werken.
Gen-station is een moleculaire techniek die krachten een bewerkte gen worden doorgegeven in alle van de nakomelingen van een organisme, waarbij de natuur 50/50 erfenis mix. De eerste mens ontworpen dat het gen-station is alleen aangetoond bij fruitvliegen in 2015, maar de wetenschappers waren al snel te praten over het gebruik van gen-stations uit te roeien invasieve plagen of doden massa van de malaria muggen.
Maar al snel na, andere onderzoekers aangetoond dat als een onvruchtbaarheid mutatie in de vrouwelijke muggen werd met succes doorgegeven aan de nakomelingen gedurende vele generaties, weerstand ontstaan, waardoor sommige muggen te voorkomen dat het overnemen van de mutatie. Net als bacteriën kunnen resistentie ontwikkelen tegen antibiotica in het wild levende populaties kunnen resistentie ontwikkelen tegen wijzigingen die gericht zijn op de vernietiging ervan. Gen-station, dood.
Nu, in een nieuwe paper out (papier is donderdag in het tijdschrift PLOS Genetics, wetenschappers aan de Cornell laten zien dat, althans in fruitvliegen, veel meer vliegen dan verwacht leek te bezitten een natuurlijke genetische resistentie tegen gen-station. Het papier biedt een nog sterker bewijs dat engineering grote populaties van wilde soorten is niet zo eenvoudig als splicing het openen van een genoom en het invoegen van bepaalde gen-station DNA.
In Nieuw-Zeeland, de overheid is piekeren behulp van gen-stations uit te roeien invasieve ziekten en plagen. Op Nantucket en Martha ‘ s Vineyard, een wetenschapper wil gebruiken voor het uitroeien van de ziekte van Lyme. In Guam, ze willen controle boomslangen. Maar niet zo snel, zeggen de wetenschappers.
“Deze weerstand prijzen waren zo hoog dat een gen-station niet zou zich verspreiden in een populatie,” Phillip Messer, co-auteur van de studie, vertelde Gizmodo. “Ons huis is, dat de weerstand is duidelijk een groter probleem dan we aanvankelijk hadden gedacht. Deze technologie zou het nog steeds werken, maar het is niet zo eenvoudig als de eerste papers voorgesteld.”
De Cornell papier verscheen naast een opiniestuk met een kop die stelde een provocerend idee: Tot nu toe, het gesprek over gen-stations heeft bestaan in een reality-bubble.
“Deze ‘weerstand’ uitkomst zou gemakkelijk te dwarsbomen vrijwel elk voorgenomen toepassing van een gen-station en het vormt een serieuze uitdaging voor de vele gehoopt toepassingen van deze technologie,” de’ auteurs schreven.
“Ons huis is, dat de weerstand is duidelijk een groter probleem dan we aanvankelijk hadden gedacht. Deze technologie zou het nog steeds werken, maar het is niet zo eenvoudig als de eerste papers voorgesteld.”
Weerstand is niet de enige hindernis om gen-stations voor de praktijk. Voor een, tot nu toe, synthetisch gen-stations hebben alleen is aangetoond dat het werken in insecten en gist. Veiligheid is een grote zorg. En op basis van de verontwaardiging dergelijke wetenschap heeft het al gezien van milieugroeperingen, het is veilig om te zeggen dat er een reële aantal reglementaire en politieke obstakels.
Maar het verzet is misschien wel het grootste probleem, en het is een probleem dat werd gebagatelliseerd tot voor kort.
“Mensen beginnen te graven meer in de nuances van dit spul, en we krijgen in de nitty gritty van wat moet worden aangepakt,” Gabriel Zenter, een Indiana University bioloog, vertelde Gizmodo.
In het nieuwe onderzoek, wetenschappers voor het eerst gaf een hint van de mechanismen die verantwoordelijk kunnen zijn voor de weerstand. Bepaalde vliegt, hoewel ze allemaal leden van dezelfde soort, leek me gewoon beter uitgerust genetisch om terug te vechten tegen een station. Zij vonden ook dat de weerstand ontwikkeld, zowel voor de bevruchting in de kiembaan, en binnen een embryo. En weerstand kon opduiken binnen een enkele generatie. Dit betekent dat een gen-station geïmplementeerd in het wild, het is moeilijk te zeggen hoe effectief het werkelijk zou worden.
“Je weet niet wat er op de loer om in het genoom die een invloed kunnen uitoefenen van een gen-station in positieve of negatieve zin,” zei Zenter, die was niet geassocieerd met de studie. “De mensen niet anticiperen op dingen zoals de genetische achtergrond probleem. Ik denk dat we komen in de richting van een meer volwassen begrip van de hindernissen die moeten overwonnen.”
Op zijn minst een paar onderzoeksgroepen werken aan een manier om die hindernissen. In een ander artikel uit dit jaar, onderzoekers stelden een manier om een redesign van de gen-stations om te werken rond mogelijke immuniteit, hypothesizing dat een meer complexe architectuur zou het moeilijk maken voor een mutatie optreden in een korte periode van tijd. In plaats van alleen inclusief instructies voor een gen-station te snijden van een stuk DNA op een plaats, hun architectuur bezuinigingen op meerdere plaatsen, wat betekent dat het zou vereisen meerdere mutaties overschrijven van het station. Ze stelde ook een tweede methode maakt gebruik van een soort’ survival programma, targeting van gebieden van het genoom die essentieel zijn voor een soort’ fitheid, en die hebben minder kans om te muteren in de eerste plaats.
In een pre-print papier, Messer ‘ s lab heeft al geëxperimenteerd met het eerste scenario. “Het werkt, maar niet zo goed als we hadden gehoopt”, zei hij.
Uiteindelijk, zei hij, een werkend gen station zal waarschijnlijk veel complexer dan iedereen denkt, waarin verschillende strategieën in de architectuur van het overschrijven van de weerstand.
Charleston Noble, een Harvard-D. Ph. kandidaat bestuderen van de gen-stations, is optimistischer. Immers, zegt hij, mug aangetoond hebben van nature minder kans op het ontwikkelen van weerstand dan fruitvliegjes. Niet elke soort kan dus lastig zijn om te manipuleren, en in sommige gevallen mag u niet te wijzigen van een gehele bevolking te brengen over de gewenste verandering.
En Kevin Esvelt, een synthetisch bioloog aan het MIT, zei dat de experimenten slechts bevestigd wat wetenschappers al lang bekend.
“Deze elegante experimenten overtuigend laten zien dat er geen reden is om te bouwen van een gen-station systeem dat alleen knipt één site,” vertelde hij aan Gizmodo. “Ik ben niet zo zeker van dat het bedragen aan het knallen van een ‘bubble’ in het veld, of dat dit een soort nieuwe realiteit.”
In het gebied van de synthetische biologie, het is een versleten cliché dat “het leven vindt een manier.” In het einde, echter, is er iets aan. Engineering natuur vereist meer dan het omdraaien van een eenvoudige genetische schakelaar.