Φαντάζεστε να ήταν δυνατό να τροποποιηθεί γενετικά ένας οργανισμός έτσι ώστε το
είδος στο οποίο ανήκει να εξαφανιστεί; Ή φαντάζεστε να ήταν δυνατόν να τροποποιηθεί γενετικά ένας πληθυσμός ενός απειλούμενου είδους με τέτοιο τρόπο ώστε να διατηρηθεί; Λοιπόν, είναι δυνατό και θα εξηγήσουμε πώς και γιατί.
Η γονιδιακή καθοδήγηση είναι μια τεχνική γενετικής μηχανικής που επιτρέπει θεωρητικά το 100% ενός γονιδίου να μεταδίδεται με τη σεξουαλική αναπαραγωγή. Χρησιμοποιώντας την τεχνική επεξεργασίας γονιδιώματος CRISPR/Cas9, οι μονάδες γονιδίων προσφέρουν τη δυνατότητα τροποποίησης ενός ολόκληρου είδους και ανοίγουν ένα ευρύ φάσμα λύσεων για την αντιμετώπιση παγκόσμιων ζητημάτων.
Αυτή η τεχνική μπορεί να είναι χρήσιμη ιδιαίτερα για τον έλεγχο χωροκατακτητικών ειδών, για την αφαίρεση ανεπιθύμητων γονιδίων, όπως γονιδίων που σχετίζονται με
αντοχή σε αντιβιοτικά ή εντομοκτόνα, και μπορεί να είναι χρήσιμη για τη μείωση της
εξάπλωσης ορισμένων ειδών. Εν συντομία, τα πεδία εφαρμογής είναι τα εξής: γεωργία, έλεγχος ασθενειών, διατήρηση και βιολογικά όπλα, για παράδειγμα για την
αποτελεσματικότερη μετάδοση ορισμένων παθογόνων παραγόντων.
Αλλά πώς, μπορεί να ρωτήσετε, μπορεί να εισαχθεί ή να διαγραφεί ένα νέο γονίδιο; Για να το κάνουμε αυτό, χρησιμοποιούμε τη μέθοδο CRISPR-Cas9 που λειτουργεί σαν
μοριακό ψαλίδι και μας επιτρέπει να κόψουμε ένα γονίδιο σε μια συγκεκριμένη θέση
και να εισάγουμε μια μετάλλαξη εκεί.
Έτσι γίνεται. Πρώτον, οι επιστήμονες πρέπει να κατασκευάσουν ένα συγκεκριμένο RNA που αναγνωρίζει μια συγκεκριμένη θέση στο DNA όπου θέλουμε να κάνουμε την εισαγωγή. Στη συνέχεια, το RNA οδηγός συνδέεται με το Cas9 και τα δύο σχηματίζουν ένα «μοριακό ψαλίδι», επιτρέποντας την κοπή στην επιθυμητή θέση. Αυτό καταστρέφει το DNA. Με αυτόν τον τρόπο, το κύτταρο θα πραγματοποιήσει μια
επισκευή εισάγοντας μια μετάλλαξη τυχαία.
Ωστόσο, η γονιδιακή καθοδήγηση δεν είναι τέλεια γιατί είναι μια μη αναστρέψιμη και ανεξέλεγκτη μέθοδος. Κανονικά, η γονιδιωματική τροποποίηση που φέρει η μητέρα θα πρέπει να μεταδίδεται μόνο στους μισούς απογόνους, αλλά χάρη στα γονιδιακά κίνητρα, εγγυόμαστε ένα αντίγραφο αυτής της τροποποίησης στο πατρικό χρωμόσωμα. Έτσι, οι απόγονοι φέρουν δύο αντίγραφα της τροποποίησης που βρίσκεται στην ομόζυγη κατάσταση.
Η παραπάνω εικόνα δείχνει πώς γίνεται αυτό. Ένα πράσινο θραύσμα DNA είναι ένα τροποποιημένο γονίδιο που θα εξαπλωθεί σε ολόκληρο τον πληθυσμό. Η εικόνα δείχνει πώς το Cas9 εισάγει το τροποποιημένο γονίδιο έτσι ώστε να το έχουν και τα δύο χρωμοσώματα.
Πράγματι, από τη στιγμή που τα γενετικά τροποποιημένα άτομα απελευθερωθούν, δεν υπάρχει επιστροφή και η μετάδοση είναι σχεδόν βέβαιη για όλους τους απογόνους. Είναι μια αλυσιδωτή αντίδραση στο τέλος της οποίας όλα τα άτομα ενός πληθυσμού είναι φορείς του χαρακτηριστικού που προκύπτει από τη γονιδιακή καθοδήγηση.
Η περίπτωση της ελονοσίας
Η ελονοσία είναι μια μολυσματική ασθένεια που προκαλείται από ένα παράσιτο του γένους Πλασμωδίου. Τα τελευταία έχουν την ιδιαιτερότητα της χρήσης αρκετών ξενιστών κατά τη διάρκεια του κύκλου ανάπτυξής τους.
Ο κύκλος ζωής του παρασίτου της ελονοσίας περιλαμβάνει δύο ξενιστές: το κουνούπι πρώτα και δεύτερο τον άνθρωπο. Το κουνούπι θα φιλοξενήσει το πλασμώδιο στους σιελογόνους αδένες του το οποίο θα μεταδώσει με το τσίμπημα όταν το έντομο δαγκώσει άνθρωπο ή άλλο σπονδυλωτό.
Υπολογίζεται ότι αυτή η ασθένεια επηρεάζει 250 εκατομμύρια ανθρώπους, εκ των οποίων οι 900.000 πεθαίνουν κάθε χρόνο. Λόγω του επιπολασμού της και της έλλειψης αποτελεσματικών θεραπειών και εμβολίων, η ελονοσία εξακολουθεί να αποτελεί μείζον ζήτημα δημόσιας υγείας το 2022. Για να αντιμετωπιστεί αυτό, πολλοί επιστήμονες προσπαθούν να καταπολεμήσουν αυτήν την ασθένεια χρησιμοποιώντας γενετική μηχανική και γονιδιακές καθοδηγήσεις.
Η μάχη με την ελονοσία
Λοιπόν, πώς μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτή τη νέα και ισχυρή τεχνική για την καταπολέμηση της ελονοσίας; Μπορούμε στην πραγματικότητα να εξαλείψουμε εντελώς την ασθένεια; Η αλήθεια είναι ότι μάλλον μπορούμε (1). Ωστόσο, οι γονιδιακές καθοδηγήσεις δεν έχουν ακόμη χρησιμοποιηθεί για την εξάλειψη της ελονοσίας. Η τεχνική είναι πολύ ισχυρή, είναι ακόμα πολύ επικίνδυνο να αφήνουμε τις γονιδιακές καθοδηγήσεις να τρέχουν ελεύθερες στη φύση. Ωστόσο, πιθανώς οι γονιδιακές καθοδηγλησεις θα χρησιμοποιηθούν κάποια στιγμή στο μέλλον, οπότε ας
εξετάσουμε δύο μεθόδους για την εξάλειψη της ελονοσίας!
Μία από τις μεθόδους είναι η καταστολή του πληθυσμού. Μια γονιδιακή καθοδήγηση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να γίνουν τα θηλυκά κουνούπια στείρα, κάτι που θα μπορούσε να εξαλείψει ή να μειώσει σημαντικά τον πληθυσμό ενός είδους κουνουπιών. Η γονιδιακή καθοδήγηση θα εξαπλωθεί ακόμα καθώς τα αρσενικά κουνούπια συνεχίζουν να ζευγαρώνουν και να έχουν απογόνους. Αξίζει να αναφέρουμε ότι δεν μπορούν όλα τα είδη κουνουπιών να μεταφέρουν ελονοσία, ούτε όλα τα είδη που φέρουν ελονοσία μπορούν να φέρουν τύπους ελονοσίας που προσβάλλουν τον άνθρωπο. Ένα είδος κουνουπιών που είναι ιδιαίτερα επικίνδυνο είναι το Ανωφελές κουνούπι, το οποίο μπορεί να μεταφέρει το πιο επικίνδυνο παράσιτο της ελονοσίας, το Πλασμώδιο το Μηνοειδές. Αν μπορούσαμε απλώς να απαλλαγούμε από το Ανωφελές κουνούπι, αυτό θα ήταν εξαιρετικό για τη μείωση της ελονοσίας. Αλλά η εξάλειψη ενός ολόκληρου είδους είναι επικίνδυνη, θα μπορούσε να έχει σημαντικό ρόλο στο οικοσύστημα. Υπάρχει μια συνεχής συζήτηση σχετικά με αυτό. Τα είδη που μεταφέρουν ελονοσία θα μπορούσαν ίσως να αντικατασταθούν από άλλα κουνούπια. Ωστόσο, υπάρχει κίνδυνος να αναλάβουν άλλα είδη που μεταφέρουν ασθένειες (2)!
Υπάρχει επίσης μια άλλη τεχνική για την καταπολέμηση της ελονοσίας με γονιδιακές
καθοδηγήσεις. Μέσω τεχνικών γονιδιακής επεξεργασίας, οι επιστήμονες κατάφεραν να κάνουν τα κουνούπια ανθεκτικά στην ελονοσία. Αυτά τα κουνούπια εξακολουθούν να ανήκουν στο ίδιο είδος που μπορεί να μεταφέρει ελονοσία. Τώρα το μόνο που χρειαζόμαστε είναι να κάνουμε τα ανθεκτικά στην ελονοσία κουνούπια να μεταφέρουν τα γονίδιά τους σε όλο τον πληθυσμό! Αυτό θα μπορούσε επίσης να επιτευχθεί με γονιδιακές καθοδηγήσεις και ονομάζεται αντικατάσταση πληθυσμού. Η παρακάτω εικόνα δείχνει πώς θα μοιάζει αυτό. Τα τροποποιημένα πράσινα κουνούπια στην εικόνα αναλαμβάνουν μέσα σε λίγες γενιές.
Επισκόπηση
Ας αφιερώσουμε λίγο χρόνο για να κοιτάξουμε πίσω και να δούμε τι μάθαμε σε αυτήν την ανάρτηση. Πρώτα έχουμε γονιδιακές καθοδηγήσεις. Η μέθοδος CRISPR/Cas9 καθιστά δυνατή την κοπή και επικόλληση γονιδίων. Αυτό χρησιμοποιείται για να κάνει έναν οργανισμό να έχει ένα τροποποιημένο γονίδιο σε κάθε χρωμόσωμα, το οποίο οδηγεί στη μετάδοση του γονιδίου σε όλους τους απογόνους. Αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την καταπολέμηση της ελονοσίας. Η ελονοσία προκαλείται από έναν ιό που μεταδίδεται στους ανθρώπους από τα κουνούπια και προκαλεί το θάνατο περίπου 900.000 ανθρώπων κάθε χρόνο. Είδαμε επίσης ότι υπάρχουν στην πραγματικότητα δύο τρόποι για την καταπολέμηση της ελονοσίας με γονιδιακές καθοδηγήσεις. Ένας τρόπος είναι η καταστολή του πληθυσμού, που σημαίνει ότι εξαλείφετε ή μειώνετε σημαντικά τον πληθυσμό ενός είδους. Ο άλλος τρόπος είναι η αντικατάσταση πληθυσμού, όπου ένα ολόκληρο είδος τροποποιείται. Συμπερασματικά, εξετάσαμε τα πάντα σχετικά με την καταπολέμηση της ελονοσίας με γονιδιακές καθοδηγήσεις.
Ας ελπίσουμε ότι τίποτα δεν θα πάει στραβά αν επιλέξουμε να χρησιμοποιήσουμε αυτήν την γελοία ισχυρή νέα τεχνική που ονομάζεται γονιδιακή καθοδήγηση. Αλλά στο καλύτερο σενάριο, μπορεί στο εγγύς μέλλον να γίνουμε μάρτυρες της ιστορικής στιγμής που εξαλείφεται η καταστροφική ασθένεια της ελονοσίας.
Ελπίζουμε να βρήκατε ενδιαφέρον το άρθρο μας και σας ευχαριστούμε που το διαβάσατε! Μείνετε συντονισμένοι για μελλοντικά άρθρα!
Βιβλιογραφικές αναφορές
- Jennifer Kahn, 2016, “Gene editing can now change an entire species — forever | Jennifer Kahn”
- Hayley Dunning, 2021, “Malarial mosquitoes suppressed in experiments that mimic natural environments”
Evaggelia Katri
Part of iGEM Patras