Tänk dig att det gick att genetiskt modifiera en organism så att arten den tillhör försvann? Eller föreställ dig att det var möjligt att genetiskt modifiera en population av en utrotningshotad art på ett sådant sätt att den bevaras? Detta är helt möjligt och vi kommer berätta hur.
Gendrivare (gene drives) är en genteknik som teoretiskt sätt gör att sannolikheten att en gen överförs genom sexuell reproduktion är 100%. Genom att använda CRISPR/Cas9-tekniken för genomredigering erbjuder gendrivare möjligheten att modifiera en hel art och öppnar upp för nya sätt att tackla globala problem.
Denna teknik kan vara användbar i synnerhet för att kontrollera invasiva arter, för att ta bort oönskade gener, såsom gener associerade med resistens mot antibiotika eller insekticider och den kan vara användbar för att minska spridningen av vissa arter. I korthet kan gendrivare appliceras inom områden så som: jordbruk, sjukdoms-bekämpning, artbevarande och biologiska vapen, till exempel för att överföra vissa skadliga organismer mer effektivt.
Men hur, kan du fråga dig, kan en ny gen introduceras eller raderas? För att göra detta använder vi CRISPR-Cas9-metoden som fungerar som en molekylär sax och låter oss klippa en gen på en specifik plats och införa en mutation där.
Så här går man till väga. Först måste forskare tillverka ett speciellt RNA som känner igen en specifik plats på DNA:t där insättningen av den önskade genen ska göras. Sedan bildar Cas9 tillsammans med guide-RNA:t en “molekylär sax” vilket kan klippa DNA:t på den specifika platsen. Detta skadar DNA och därför kommer cellen att utföra en reparation genom att införa en mutation slumpmässigt.
Gendrivning är dock inte en perfekt metod eftersom det är en irreversibel och okontrollerbar process. Normalt överförs en gen bara till hälften av avkommorna av en organism, men tack vare gendrivare modifieras faderns kromosom till en identisk kopia av moderns modifierade gen vilket gör att avkommorna därför med 100% sannolikhet ärver genen. Således bär avkomman två kopior av modifieringen.
Bilden ovan visar hur detta går till. Ett grönt DNA-fragment är en modifierad gen som kommer att spridas till hela populationen. Bilden visar hur Cas9 infogar den modifierade genen så att båda kromosomerna har den.
Faktum är att när de genetiskt modifierade individerna väl har släppts finns det ingen återvändo och överföringen är nästan säker för alla ättlingar. Det är en kedjereaktion som resulterar i att alla individer i en population är bärare av den egenskap som gendrivaren innehåller.
Malaria
Malaria är en infektionssjukdom som orsakas av en parasit av släktet Plasmodium. Det som gör parasiten speciell är att den utnyttjar flera värdar under sin utveckling.
Livscykeln för malariaparasiten involverar två värdar: myggan först och människan därefter. I myggan lever parasiten i spottkörtlarna och överförs då myggan biter en människa eller ett annat ryggradsdjur.
Det uppskattas att denna sjukdom drabbar 250 miljoner människor, varav vilka 900 000 dör varje år. På grund av dess förekomst och bristen på effektiva behandlingar och vacciner är malaria fortfarande ett stort folkhälsoproblem år 2022. För att motverka detta försöker många forskare bekämpa denna sjukdom med hjälp av genteknik och gendrivare.
Kampen mot malaria
Men hur kan vi använda denna nya och kraftfulla teknik för att bekämpa malaria? Kan vi faktiskt utrota sjukdomen helt? Sanningen är att vi förmodligen kan (1). Ändå har gendrivare ännu inte använts för att utrota malaria. Tekniken är för kraftfull, det är fortfarande för farligt att släppa gendrivare fritt i naturen. Någon gång i framtiden kommer de förmodligen att användas, så låt oss undersöka två metoder för att utrota malaria!
En av metoderna är populationsdämpning. En gendrivare kan användas för att göra mygghonor infertila, vilket skulle kunna utrota eller avsevärt minska populationen av en myggart. Gendrivaren kommer fortfarande att spridas när mygghanar parar sig och får avkommor. Det är värt att nämna att inte alla myggarter kan bära på malaria, och inte alla malariabärande arter kan bära på typer av malaria som påverkar människor. En myggart som är särskilt farlig är Anopheles gambiae, som kan bära på den farligaste malariaparasiten, Plasmodium falciparum. Om vi kunde bli av med Anopheles gambiae, skulle det vara ett viktigt steg för att minska spridingen av malaria. Men att utrota en hel art är farligt, det kan ha en betydande roll i ekosystemet. Det pågår debatt och diskussioner om detta. Malariabärande arter skulle kanske kunna ersättas av andra myggor. Det finns dock en risk för att andra sjukdomsbärande arter tar över (2)!
Det finns också en annan teknik för att bekämpa malaria med gendrift. Genom genetisk modifiering har forskare lyckats göra myggor malariaresistenta. Dessa myggor är fortfarande av samma art som kan bära malaria. Då är det enda som behövs att att de malariaresistenta myggorna överför sina gener till hela befolkningen! Detta kan också åstadkommas med gendrivare, och kallas populationsutbyte. Bilden nedan visar hur detta skulle se ut. De modifierade gröna myggorna på bilden tar över inom några generationer.
Avslutningsvis
Låt oss tittta tillbaka på vad vi har lärt oss i det här inlägget. Först har vi gendrivare. CRISPR/Cas9-metoden gör det möjligt att klippa och klistra i gener. Detta används för att få en organism att ha en modifierad gen i varje kromosom, vilket leder till att genen överförs till alla avkommor. Detta kan användas för att bekämpa malaria. Malaria orsakas av ett virus som överförs till människor av myggor och orsakar cirka 900 000 dödsfall varje år. Vi har också tittat närmare på två sätt att bekämpa malaria med gendrivare. Ett sätt är populationsdämpning, vilket innebär utrotning eller avsevärd minskning av populationen av en art. Det andra sättet är populations-utbyte, där en hel art modifieras.
Förhoppningsvis kommer inget att gå fel om vi väljer att använda denna kraftfulla nya teknik som kallas gendrivare. Men i bästa fall kan vi inom en snar framtid bevittna det historiska ögonblicket när den katastrofala sjukdomen malaria utrotas.
Vi hoppas att du tyckte att vår artikel var intressant och tack för att du läste! Håll utkik efter framtida artiklar!
Källor
- 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”
Hej! Det är jag som är Emy!
Jag är del av Chalmers-Göteborgs lag 2022.
Syntetisk biologi är något av det coolaste jag vet. Jag skriver på den här bloggen i hopp om att du kommer tycka att det är lika häftigt som jag när du får höra om allt som kan, och har åstadkommits med genetiskt modifierad mikroorganismer. Det är så sjukt häftigt!