Ученые-генетики перехватывают управление эволюцией

  1. CRISPR - молекулярный скальпель
  2. интеллектуальный дизайн
  3. Генетика вместо пестицидов
  4. Последствия в природные процессы
  5. От одного индивидуума - до целой популяции
  6. Backup для живых организмов

Благодаря редактированию ДНК, исследователи надеются получить возможность изменять судьбу человека, определенную генами, и бороться со смертельно опасными заболеваниями.

Благодаря редактированию ДНК, исследователи надеются получить возможность изменять судьбу человека, определенную генами, и бороться со смертельно опасными заболеваниями

CRISPR - молекулярный скальпель

Рано утром Кевин Есвельт (Kevin Esvelt), доцент кафедры биологической инженерии MIT, поднялся на паром, следующий до острова Нантакет. Уже много лет жители острова страдают от болезни Лайма, которую разносят клещи, контактирующих с Билоногу мышами. 34-летний Есвельт руководит группой «скульптурной эволюции» в MIT, где он и его коллеги пытаются разработать молекулярные инструменты, которые способны кардинально изменить природный мир. Есвельт намерена использовать эти инструменты, чтобы переписать ДНК Билоногу мышей и сделать их устойчивыми к бактериям, которые вызывают болезнь Лайма и другие, передающиеся через клещей. Он и его команда размножают мышей в лаборатории, а затем, в качестве эксперимента, выпускают их на необитаемом острове. Если количество зараженных клещей у таких мышей начнет резко уменьшаться, он будет добиваться разрешения повторить эксперимент на острове Нантакет.

Еще в 2014 году Кевин Есвельт и его коллеги описали, как революционный инструмент для редактирования генов под названием CRISPR может сочетаться с естественным явлением, известным как генный импульс, позволяющий изменить генетическую судьбу целого биологического вида. Ген играет руководящую роль, превосходя традиционные правила наследования по закону Менделя. Как правило, потомство любого сексуально-репродуктивного организма получает по 50% своего генома от каждого из родителей. Но в 1940-х годах биологи заметили, что некоторые генетические элементы являются «эгоистичными»: эволюция придает им более 50% наследственных черт. Эта особенность позволяет определенным характеристикам распространяться с необыкновенной быстротой.

До появления системы CRISPR биологам не хватало инструментов для принудительных специфических изменений генов в целом популяции. Но система, которая по сути является молекулярным скальпелем, позволяет изменить или удалить любой цепочку в геноме, состоящий из миллиардов нуклеотидов. Таким образом, ученые могут быть уверены, что новый ген копирует себя в каждое следующее поколение. Например, мутация, которая блокирует паразитов, распространяющих малярию, может быть спроектирована в насекомое и каждое следующее поколение будет иметь больше потомства с таким признаком, пока в какой-то момент это не охватит весь биологический вид.

CRISPR - мощный биологический инструмент, имеет огромный потенциал как в направлении улучшения мира, так и уничтожение его. Ученые признают, что CRISPR действительно является угрозой. Есвельт считает, что с помощью такого инструмента можно провести масштабный эксперимент, который позволит полностью уничтожить определенный биологический вид на планете.

интеллектуальный дизайн

Эволюция биологических организмов происходит в течение миллионов лет, поэтому иногда только через тысячу поколений малейшие генетические изменения становятся постоянными. Для ученых, которые хотят изменить естественные вещи, нужно совсем немного времени, иногда они могут наблюдать десятки раундов молекулярной эволюции за один день. Впрочем, пройдут годы, прежде чем животные или растения с модифицированными с помощью CRISPR генами будут выпущены в природную среду. На этом пути еще много регуляторных, политических и социальных препятствий. Есвельт прогнозирует, что этот процесс займет до 10 лет, но уже можно предположить тот день, когда новую технологию будут применены, чтобы победить болезни, которые убили миллионы людей. Для внедрения фундаментальных научных изменений нужно тектонический сдвиг в отношении общественности к природному миру.

Есвельт считает, что ученые должны опираться на интеллектуальный дизайн как инструмент генетики. Вообще, термин «интеллектуальный дизайн» обычно относится к антидарвинистськои теории о том, что Вселенная, со всеми его структурами и вариациями, слишком сложен, чтобы возникнуть случайно. Иными словами, должна быть какая внешняя движущая сила. Истина более прозаическая, но весьма интересная: в течение четырех миллиардов лет эволюция, управляемая естественным отбором и случайными мутациями, гарантировала, что наиболее эффективные гены выживают, а слабые - исчезают. Благодаря CRISPR и другим инструментам синтетической биологии интеллектуальный дизайн приобрел совсем новое значение, которое угрожает выйти за пределы теории Дарвина, ведь в ближайшие годы эволюция может управляться самими учеными.

Генетика вместо пестицидов

Впрочем, это произойдет не завтра. «Вообще, естественный отбор является бессмысленно аморальным, а природа - жестокая и безжалостная», - считает Есвельт. И людям больше не нужно будет бороться с природой разрушительными методами. Например, когда нас что-то не устраивает, мы применяем химические и физические методы воздействия: используем токсичные пестициды против вредителей, но убиваем и других насекомых; используем бульдозеры для осушения болот, чтобы избавиться от комаров, но также уничтожаем лесные угодья и многие виды животных, живущих на них.

Но когда у вас появится генный «скальпель», вы можете просто перепрограммировать вредителя, чтобы ему не нравился вкус вашего урожая. Насекомое останется в экосистеме, но уже не будет вредить хозяйству. Это гораздо более элегантный способ воздействия на природу. Если вырезать отдельные фрагменты ДНК и вставили дополнительные копии так называемых эгоистических генов, они могут быть использованы для устранения нежелательных генетических черт, таких как способность некоторых комаров переносить болезни.

Последствия в природные процессы

Ученый, способен перепрограммировать комаров, чтобы предотвратить распространение малярии или любой другой инфекционной болезни, почти наверняка сможет превратить это насекомое в оружие. В начале текущего года Джеймс Клэппер (James Clapper), в то время директор Национальной разведки США, описал изменения генов как потенциальное оружие массового уничтожения. Некоторые ученые считают это преувеличением, но потенциальная угроза: условные террористы смогут добавить к слюны комара ген, образует токсины, будут передаваться вместе с малярией.

До недавнего времени инструменты молекулярной биологии были дорогими и мало кто имел доступ к ним, не говоря уже о способности возродить мертвые вирусы или построить новые. CRISPR начал менять ситуацию и это, несомненно, ускорит прогресс во многих областях. Но доступность новых технологий ведет к росту риска несчастных случаев и диверсий. Уже сегодня цепочку ДНК можно заказать в интернете за копейки. Менее чем за тысячу долларов любой любитель, независимо от его мастерства или знаний, способен приобрести вирус и все, что нужно для его редактирования фактически на «кухонном столе».

Хотя никто не сомневается в оправданности ликвидации такой болезни, как малярия, невозможно оценить долгосрочный экологический эффект от ликвидации целого биологического вида насекомых. Впрочем ученые считают, что контроль над опасными насекомыми или вредителями не всегда требует их полностью уничтожать: можно просто генетически изменить их так, чтобы они были менее вредными.

От одного индивидуума - до целой популяции

Исследование столкнулось с двумя неразрешимыми проблемами. Законы генетики, изложенные Грегором Менделем, утверждают, что гены предсказуемо наследуются из поколения в поколение. Также, в соответствии с законом Дарвина, естественный отбор способствует генам, которые помогают их хозяевам выжить, тогда как большинство инженерных (искусственных) характеристик этого не делают. Изменения, сделанные учеными, могут держаться в течение нескольких поколений, но в конечном итоге природа выдавит любые гены, не улучшают приспособленность организма. CRISPR ставит дизайн над эволюцией. Используя это средство в лаборатории в Лондоне, ученые построили системы генов для распространения женского бесплодия среди самок комаров. Но нужно провести много испытаний в контрольной лаборатории, перед тем как выпустить таких насекомых в природную среду.

Технология борьбы с комарами, которые разносят малярию, не обязательно будет работать против других болезней. Возьмем, например, болезнь Лайма, которую разносят клещи, живущие в траве. Можно легко изменить ДНК таких клещей, но практически невозможно обработать столь большое количество насекомых, чтобы это имело существенное влияние на распространение болезни среди людей. Эта проблема остановила Есвельта, однако затем он сделал очевидный вывод: клещи получили инфекционные болезни типа Лайма от Билоногу мышей, а потому достаточно изменить ДНК мышей, чтобы они стали устойчивыми к бактериям Лайма. Мыши будут размножаться и довольно скоро все последующие поколения будут рождаться устойчивыми к инфекции.

Backup для живых организмов

Благодаря технологиям CRISPR и генетически импульса достаточно отредактировать генную структуру только одного живого организма, чтобы в конечном итоге изменить базовую генетику целого биологического вида. Признавая вероятность фатальной ошибки, уничтожит весь вид, Кевин Есвельт уже во время первых экспериментов изобрел технологии, способные восстановить оригинальный состояние любой измененной ДНК. Если же изменения ДНК невозможно отменить - он вообще не проводит эксперименты. Ученые также предлагают сохранить часть популяции любого вида, ДНК которого было отредактировано, в своей оригинальной форме - создать молекулярный Ноев ковчег.

Хотя исследования в целом чрезвычайно перспективным, оно предусматривает, что специалисты должны достичь такого уровня мастерства, который преобладает над природными процессами, а это очень непросто. Генетические изменения происходят медленно, однако когда речь заходит о комаров или мышей, которых ученые надеются обуздать, то трансформация может быть быстрой. Иногда ген переходит от одной разновидности к другому через горизонтальное переноса генов: когда ген-импульс, созданный для подавления одного типа москитов, переходит на другой, угрожая ему. Кроме того, гены сами по себе постоянно меняются. Если определенная последовательность синтеза генов подвергается мутации, это может в конечном счете влиять на различные виды, с последствиями трудно предсказать.

Ученые сравнивают механизмы генного импульса, которые меняет генетику видов, из онкологической иммунотерапией, когда иммунные клетки человека используются для атаки опухолей. Можно удалить один ген из злокачественной клетки и посмотреть, что произойдет, а затем удалить еще один ген и снова следить за тем, что происходит. Но если удалить сразу оба, то предсказать результат невозможно. Этот подход является рискованным, однако в эксперименте с лечением рака врачи предлагают его как вариант спасения пациента. Хотя и предупреждают, что метод может оказаться для пациента смертельным.

Человечество меняет окружающий мир с самого начала своего существования. Поэтому реальный вопрос не в том, будем ли мы продолжать изменять природу под наши задачи, а в том, как мы это сделаем. Используя смесь методов селекции, мы создали агрокультуры, бесчисленные породы животных и превратили миллионы лесных акров на сельскохозяйственные угодья. Но генетический подход отличается: одно насекомое может повлиять на будущее всего биологического вида. И это - уже совсем другое будущее.

Более интересным:

источник: NewYorker

Похожие

Молекулярная генетика свертывания крови
... одного моста, соединяющего тромбоциты с поврежденными кровеносными сосудами, а также служит носителем для фактора VIII, вещества, отсутствующего у пациентов с гемофилией. Аномалии VWF приводят к болезни Виллебранда (VWD), наиболее распространенному наследственному нарушению свертываемости крови. Наша лаборатория сыграла ключевую роль в определении генетических дефектов, ответственных за VWD, и в определении белка, обрабатывающего VWF, ADAMTS13, как причины часто катастрофического тромбоцитарного
Кормление лошади болезнью Кушинга: диета и управление
Кормление лошади болезнью Кушинга: диета и управление Категория: Автор: Молли Ласс Скачать PDF Ваша лошадь была официально диагностирована с болезнью Кушинга. Итак, что ты делаешь? Кушинг, также
Обзор Alcatel OneTouch Idol 3: лучший бюджетный телефон 2015 года
Alcatel OneTouch недавно создал несколько очень хороших бюджетных телефонов, и, увидев их новый Idol 3 на MWC, я понял, что должен попробовать. Поэтому я вынул SIM-карту из своего Nexus 6 и полностью переключился на Idol 3 за последнюю неделю. Я сделал все возможное, чтобы понять, на что способен этот бюджетный смартфон. [alert color = ”green”] Устройство, которое я использовал для проведения этого обзора, работало на предварительной версии программного обеспечения. Помните, что любые
Носовое кровотечение: общая проблема
... отоларингологии - хирургия головы и шеи, Фонд Клиники Окснер, Новый Орлеан, Лос-Анджелес Адрес для переписки: Рональд Дж. Амеди, доктор медицинских наук, председатель отделения отоларингологии - хирургии головы и шеи, Фонд Клиники Окснер, шоссе Джефферсона 1514, Новый Орлеан, Лос-Анджелес 70121, тел: (504) 842-4080, факс: (504) 842-3979, электронная почта: [email protected] Ключевые слова: носовое кровотечение, носовые
Apple Watch 4 против Samsung Galaxy Watch: битва великих новых умных часов
Apple только что показала свой новый Смотреть серию 4 вместе с трио iPhone на медиа-мероприятии в Калифорнии. Новые умные часы оснащены увеличенным дисплеем, обновленной операционной системой и набором расширенных функций исправности. Новые Apple Watch запускаются через несколько недель после того, как Samsung представила Galaxy Watch который
Месячные 3 дня вместо 6: причины изменения менструального цикла
Стабильный менструальный цикл - основной показатель физического и психического здоровья женщины. Даже отклонения, не связанные с репродуктивной функцией, могут отражаться на протяжении цикла. Ситуация, когда происходит внезапное сокращение месячных, раньше они шли шесть дней, а потом стали уходить три, вызывает опасения и тревогу.
Пищеварительная система свиньи - как правильно кормить подземелья? - agrofakt.pl
Для ведения современного разведения и разведения свиней на высоком уровне требуется, чтобы заводчик знал пищеварительную систему свиньи. Он должен обладать обширными знаниями анатомии и физиологии животных. Цель данной публикации - привлечь внимание читателя к отдельным вопросам, касающимся физиологических процессов, происходящих в организме свиньи. Пищеварительная система свиньи влияет на пищеварение
Ребенок с планшетом - это счастливый ребенок? К сожалению нет
Путешествуя по магазинам, вы, вероятно, натолкнулись на планшет, созданный специально для детей. Чаще всего эти типы устройств являются плохими игрушками, которые имеют красочный корпус, плохие параметры и непомерные цены. Одним словом, оборудование, которое не стоит покупать. Но нужен ли маленькому ребенку собственный планшет? Это размышление было инициировано компанией Samsung, которая недавно решила анонсировать планшет,
Биологически активные добавки для детей - «на всякий случай», «потому что я могу себе позволить»
... отря рекламный блок по телевизору, вы можете ловить голову, с ужасом заявляя, что это чудо, в котором мы живем. Ведь каждый день по разным причинам (перегрузка, стресс, переутомление, нехватка времени, загрязнение окружающей среды, старение и т. Д.) Мы подвержены ужасному дефициту витаминов и микроэлементов. У нас есть проблема с предоставлением всех необходимых элементов и нашим детям. Почему? Спецификации «промывания мозгов» дают ответ: потому что они
Факт или миф? 5 общих мнений о родительстве
Воспитание - захватывающее время. Это период, полный новостей, сюрпризов и много интересной информации. Некоторые из них - хотя и широко известные - полностью не соответствуют действительности. Мы подготовили для вас несколько чрезвычайно часто повторяемых сведений - проверьте, знаете ли вы, какие из них являются мифами!
In vitro - оплодотворение in vitro - ЭКО

Комментарии

Или, может быть, шезлонг вместо кресла?
Или, может быть, шезлонг вместо кресла? Dekoria.pl
Вместо того, чтобы "для обоих полов", вещи называются "без секса", и, следовательно, для всех?
Вместо того, чтобы "для обоих полов", вещи называются "без секса", и, следовательно, для всех? Намерение отсутствия пола - это скорее воздержаться от сексуальности - в этом смысле для всех. Бывают моменты, когда мы будем «более сексуально», придавая большее значение нашей собственной гендерной идентичности, например, когда мы пользуемся туалетом или покупаем нижнее белье, и меньше занимаемся сексом при чтении книги или выборе стола в кафе - в каждой из этих ситуаций мы
Что вместо БАДов?
Что вместо БАДов? Многие врачи прямо говорят - родители, приходящие с ребенком в офис, заставляют педиатра указывать диетическую добавку, «что-то» для иммунитета ребенка, не понимая, что наиболее эффективным (конечно, не самым простым) путем является естественное укрепление иммунитета и лечение простуды и кашля в домашних условиях. - как раньше ( более ). Нет лучшего способа, чем терпение и приготовление
Какие могут быть негативные последствия вакцинации?
Какие могут быть негативные последствия вакцинации? В Тернополе недавно после прививки от дифтерии умерла полугодовая ребенок. - Случай в Тернополе может быть и не связан с вакциной, это нужно доказать, - говорит Оксана Клименко. - Обычно наши врачи наблюдали реакцию легкого типа на вакцину АКДС индийского производства. Реагировали преимущественно дети летнего пика. Боль в месте инъекции, припухлость. Ножка болела. Если ребенок маленький, колют, по инструкции,
Природные методы лечения могут помочь с кистами яичников?
Природные методы лечения могут помочь с кистами яичников? К счастью, существуют естественные и очень эффективные способы борьбы с функциональными кистами яичников. Мы можем различить профилактику в двух разных плоскостях, то есть удаление и профилактика. Вы узнаете, как удалить избыток эстрогена и кисты, предотвращая при этом образование будущих. Терапия обычно дает результаты в течение 3 месяцев, но ее следует проводить до того, как попытаться

Итак, что ты делаешь?
Пищеварительная система свиньи - как правильно кормить подземелья?
Но нужен ли маленькому ребенку собственный планшет?
Почему?
Или, может быть, шезлонг вместо кресла?
Вместо того, чтобы "для обоих полов", вещи называются "без секса", и, следовательно, для всех?
Что вместо БАДов?
Какие могут быть негативные последствия вакцинации?
Природные методы лечения могут помочь с кистами яичников?