Para saintis telah mengembangkan senjata genetik yang mampu menghapuskan seluruh spesies organisma dari muka Bumi. Ini mengenai teknologi pemacu gen yang membolehkan mutasi berbahaya merebak pada populasi haiwan. Namun, walaupun terdapat protes dari organisasi persekitaran, pendekatan ini dapat memberi banyak manfaat kepada orang dengan menghilangkan penyakit berbahaya. "Lenta.ru" membincangkan bagaimana saintis akan memerangi malaria menggunakan nyamuk yang diubah.
Penyabot DNA
Malaria adalah sekumpulan penyakit berjangkit yang disebabkan oleh organisma uniselular parasit dari genus Plasmodium. Mereka memasuki darah manusia ketika digigit nyamuk Anopheles betina, juga dikenal sebagai nyamuk malaria. Serangga ini disebarkan ke seluruh dunia, kecuali Antartika, Siberia Utara dan Timur Jauh. Yang paling penting, malaria sakit di Afrika, dan terutama sekali - kanak-kanak. Malaria membunuh hampir setengah juta orang setiap tahun, dengan kebanyakan mangsa adalah kanak-kanak di bawah usia lima tahun.
Para saintis telah memikirkan bagaimana rekayasa genetik untuk mengalahkan malaria selama beberapa tahun. Salah satu cara adalah dengan memasukkan gen ke dalam nyamuk yang akan mencegah Plasmodium menetap di dalamnya. Tetapi ada masalah. Katakan kita membuat beberapa ribu nyamuk malaria yang selamat dan membebaskannya ke alam sekitar. Bagaimana untuk memastikan penyebaran gen yang diinginkan di alam liar?
Nyamuk yang diubah secara genetik akan mempunyai dua salinan gen antimalarial (satu pada setiap kromosom). Hanya satu kromosom (yang mana yang menentukan kesnya) yang diwarisi oleh keturunan. Oleh itu, jika nyamuk yang diubah dan pasangan hidup liar tanpa gen yang diinginkan, hanya satu salinan gen yang akan diserahkan kepada keturunan. Dan hanya sekitar separuh daripada nyamuk generasi berikutnya yang akan mendapat salinan itu (kerana kromosom mutan diwariskan 50 peratus). Akibatnya, gen antimalaria secara beransur-ansur akan hilang dari populasi - pemilihan semula jadi tidak mungkin menyokongnya.
Teknik yang dikenali sebagai pemacu gen boleh digunakan untuk mencegah penghapusan (penghapusan) gen dari populasi liar. Ia terdiri daripada cara menyalin gen yang kita perlukan dari satu kromosom ke yang lain. Kemudian organisma yang hanya mempunyai satu salinan gen akan memperoleh dua salinan dan menyebarkannya kepada keturunannya dengan kemungkinan 100%. Bagaimana ia dilakukan?
Video promosi:
Salah satu cara adalah dengan menggunakan endonuklease sekatan, enzim yang memotong DNA untai ganda di lokasi tertentu. Sekiranya anda membuat kerosakan pada kromosom, maka proses pemulihannya akan bermula. Semasa itu, bahagian utuh dari kromosom yang berdekatan disalin ke rantai pemotongan. Walau bagaimanapun, endonukleases membuat pemotongan jika mereka "mengenali" gabungan nukleotida tertentu. Terdapat banyak kombinasi seperti itu pada kromosom, jadi kita berisiko memotong kromosom menjadi banyak. Ini, serta faktor-faktor lain, menyulitkan penggunaan endonukleases sekatan untuk pemacu gen.
Teknologi CRISPR / Cas9 mampu menggantikan enzim ini, yang memungkinkan kita membuat sayatan di tempat yang kita perlukan. Nuclease Cas9 akan membuat kerosakan pada helai ganda DNA di laman web (laman sasaran) "ditunjukkan" oleh panduan RNA atau sg-RNA. Ini adalah molekul asid nukleik pendek yang menjadi pelengkap kepada lokasi sasaran, oleh itu, dengan mensintesis panduan RNA yang cukup panjang, kemungkinan pemotongan di tempat yang salah dapat diminimumkan.
Pada tahun 2015, saintis dari Imperial College London membuat pemacu gen menggunakan CRISPR / Cas9 yang mempromosikan penyebaran mutasi yang menyebabkan kemandulan nyamuk malaria. Wanita dengan gen mutan pada kedua kromosom steril, dan lelaki boleh menyebarkannya pada populasi. Dengan cara ini, mungkin saja bukan hanya untuk mengurangi populasi Anopheles ke tingkat di mana jangkitan dengan malaria Plasmodium menjadi jarang, tetapi juga untuk memerangi perkembangan ketahanan terhadap racun perosak dan memusnahkan spesies invasif.
Kiamat gen
Walau bagaimanapun, terdapat kebimbangan bahawa penyebaran gen yang tidak terkawal dapat menyebabkan akibat yang tidak diingini pada hidupan liar. Menurut ahli ekologi evolusi James Collins dari Arizona State University, dalam wawancara dengan Science, tidak diketahui bagaimana pemacu gen akan mempengaruhi dinamika penduduk dan kesihatan ekosistem. Sebagai contoh, pemusnahan spesies sepenuhnya atau bahkan penurunan jumlah yang kuat membawa kepada penyebaran spesies lain. Oleh itu, nyamuk yang diubah tidak boleh dilepaskan ke alam liar tanpa mempertimbangkan semua risikonya. Namun, bagaimana anda dapat menguji pemacu gen jika menguji dirinya sendiri memerlukan serangga berada di alam liar?
James Collins
Para saintis memanggil masalah ini Catch-22 kerana penyelesaiannya bertentangan dengan dirinya sendiri. Walau bagaimanapun, ahli biologi dari Universiti Harvard dan Institut Teknologi Massachusetts telah mengetahui cara memastikan bahawa pemacu gen dapat mempromosikan penyebaran gen mutan terlebih dahulu, dan setelah beberapa generasi menyebabkannya hilang.
Intinya adalah bahawa penyalinan sekeping DNA yang diperlukan dari satu kromosom ke kromosom yang lain berlaku secara berperingkat. Pemacu gen didorong oleh tiga elemen, masing-masing terdiri daripada satu atau lebih gen. Elemen A disalin dan dimasukkan ke dalam kromosom homolog di hadapan unsur B, dan elemen B di hadapan unsur C. Elemen C itu sendiri diedarkan dalam populasi melalui warisan normal, yang diturunkan kepada hanya separuh keturunan.
Bergaul dengan serangga yang diubahsuai secara genetik dengan nyamuk liar akan menyebabkan fakta bahawa semua keturunan akan membawa unsur A dan B, tetapi hanya separuh unsur C. Akibatnya, menurut undang-undang warisan, A dan B pertama kali akan menyebar dengan cepat pada populasi, dan setelah jumlah tertentu generasi, elemen C secara praktikal akan hilang, diikuti oleh unsur B dan, akhirnya, A. Penyebaran gen mutan akan bergantung pada berapa banyak serangga yang dilepaskan ke persekitaran semula jadi. Anda dapat memastikan bahawa hampir semua individu yang tinggal di wilayah tertentu akan menjadi pembawa mutasi, tetapi dalam populasi yang lebih besar gen tidak akan dapat menyebar. Sekiranya percubaan berjaya, persoalan penggunaan teknologi di mana terdapat ancaman yang jelas terhadap kesihatan manusia dari nyamuk malaria akan timbul dengan serius.
Semua diputuskan
Beberapa organisasi nirlaba, seperti Friends of the Earth dan Council for Responsible Genetics, telah menentang menentang pemacu gen, menyebutnya sebagai teknologi kepupusan gen. Mereka mencadangkan untuk memperkenalkan moratorium. Namun, pada bulan Disember 2016, pihak-pihak dalam Konvensyen PBB mengenai Kepelbagaian Biologi menyetujui penggunaan pemacu gen, meminta berhati-hati dalam percubaan lapangan.
Foto: Domain Awam / Wikimedia
Di beberapa negara, teknologi itu sudah diuji. Hasil dari lima percubaan lapangan yang dijalankan dari 2011 hingga 2014 di Panama, Kepulauan Cayman dan negara bagian timur laut Brazil, Bahia menunjukkan bahawa jumlah nyamuk liar telah menurun sebanyak 90 peratus. Sekarang Brazil akan melepaskan berjuta-juta serangga yang diubahsuai secara genetik untuk melawan Zika, denggi, demam kuning dan chikungunya.
Oleh itu, kemungkinan mempengaruhi ekosistem semula jadi oleh kejuruteraan genetik telah terbukti. Namun, adakah mungkin untuk mengubah genom manusia secara langsung untuk menyingkirkan penyakit keturunan? Atau membuat orang kebal terhadap malaria Plasmodium?
Pada bulan Februari 2017, Akademi Sains dan Perubatan Nasional AS menerbitkan laporan di mana para pakar membenarkan DNA manusia diubah untuk memerangi mutasi yang menyebabkan gangguan serius dalam badan. Sebenarnya, ini bermaksud membetulkan gen yang rosak pada embrio manusia. Ini akan membantu anda mengatasi penyakit seperti Huntington's chorea atau insomnia keluarga yang membawa maut. Namun, penggunaan teknologi pemacu gen akan terbatas pada populasi binatang liar, kerana penggunaannya pada manusia tidak hanya dipersoalkan dari sudut pandang etika, tetapi juga tidak praktikal: gen akan menyebar terlalu lambat.
Alexander Enikeev
