Боротьба з вірусом Зіку. Про успіхи в лабораторії Гарварду

У спеціалізованому виданні Science Advances опубліковані результати досліджень учених з Гарварду, які розробляють методи зміни генетичного коду москітів, які переносять вірус Зіку.
Можна говорити про те, що вчені винайшли спосіб боротьби з епідеміями? Власне, сам метод вони визначили раніше — зміна гена комах, що переносять вірус. Дослідження ж показують, що не все так просто в генетичному коді, а захиститися від наступної епідемії людству буде важко.
Цифрова боротьба з епідемією
Серед багатьох нових можливостей, які дає вченими технологія редагування генів Crispr, актуальною є боротьба з поширенням смертельних захворювань. Щоб виключити епідемії потрібно звернутися до методу переносу генів, який забезпечує швидке поширення певного гена серед популяції, в обхід звичних законів наслідування. Вчені можуть перенести цілому поколінню москітів ген, який вбиває вірус Зіку. Проблема в тому, що живі організми здатні пристосовуватися до змін на генному рівні і обходити їх, так само, як вони навчилися перегравати пестициди і антибіотики. Це — природа еволюції, її прояв «інстинкту самозбереження».
І вчені не планують поступатися, тому що ціна питання занадто висока. У багатьох лабораторіях витрачають значні ресурси на те, щоб метод перенесення генів прижився в еволюційному розвитку живих видів. Маленький москіт, в середньому, є збудником десятків захворювань, від яких щороку помирає понад 1 млн осіб по всьому світу. Це робить комаху небезпечним живою істотою на Землі. Антимоскітні сітки, хімічні засоби та медичні препарати не здатні вирішити цю проблему, на відміну від зміни генетичного коду москіта. Для успіху вченим лише треба навчитися переносити гени таким чином, щоб комахи виживали і розмножувалися із зміненою ДНК. Інакше всі зусилля науки виявляться марними.
Вчені з Гарварду у своєму дослідженні використовували математичні моделі, які прораховують поширення перенесених генів у популяції. Отриманий в результаті штучного перенесення ген розійшовся в 99% популяції всього за 10 поколінь. Протягом наступних 200 поколінь він залишався в популяції, без появи мутації, противиться змін на генному рівні. Вчені ще не експериментували з цими комахами, їх цифрова модель може служити інструкцією для будь-яких фахівців, які візьмуться за перенесення гена в природних умовах.
Опис роботи комп’ютерної моделі від гарвардських фахівців наочно демонструє основна перевага методу переносу генів. Він прискорює поширення певної специфікації серед видів, створює явище, яке генетики називають «супер-спадковістю Менделя» — за швидкість і невідворотність наслідування зміненого гена. Коли комаха з перенесеним фрагментом ДНК злучається з звичайним москітом, їх потомство вже буде мати змінений ген, незважаючи на природні закони еволюції. Перенесений ген видаляє фрагмент природного гена, замінює його своєю копією і робить так знову і знову в нових організмах, поки кожен москіт не буде мати по два перенесених генів, а отже, мати і здатність чинити опір вірусу Зіку.
Принаймні, так повинно бути, за планом вчених. Однак, розвиток живих організмів неможливо передбачити з абсолютною точністю, в природі ж зустрічаються помилки. Той факт, що перенесений ген видаляє вихідний фрагмент сам по собі підвищує ймовірність мутацій. Не можна виключати, що через кілька поколінь москіти навчаться чинити опір зміні генної інформації і перенесений фрагмент стане рецесивним.
Переграти еволюцію
Щоб подолати еволюційні прояви вченим потрібно винайти ген, який буде передаватися між організмами москітів, навіть за умови не ідеального його копіювання, а також не втрачати здатність боротися з вірусом. Так стверджує Чарльстон Ноубл (Charleston Noble), фахівець в галузі обчислювальної біології, який виступив головним автором опублікованого дослідження. «Головне завдання — розділити явища опору генетичним змінам і саме перенесення гена».
Ще один автор дослідження, фахівець в області генної інженерії Джордж Чьорч (George Church) розробляє технологію для виконання цього завдання. Метод з робочою назвою «перекодування» передбачає, що перенесений ген замінює лише той фрагмент коду, який відповідає за розмноження і виживання комахи. Якщо перенесення відбувається успішно, москіт живе і розмножується, передаючи свою придбану несприйнятливість до вірусу Зіку. Якщо ж перенесення генів не вдається — комаха помирає або втрачає здатність до продовження роду. Ще одна особливість методу перекодування забезпечить постійну присутність нового гену в живих організмах. Оскільки генетичний код мінливий, можна, умовно кажучи, C замінити фрагмент на фрагмент T або T замінити на A і в результаті отримати однаковий білок, хоча послідовність ДНК в ньому буде відмінною. За перекодування будова перенесеного гена не буде на 100% відворювати будова гена, який він витісняє, а тому новий ген не видалить сам себе в наступних популяціях.
Робота у полі
Мессер філіп (Philipp Messer), фахівець в галузі популяційної генетики в Корнуелльском університеті США вважає, що цим шляхом і має рухатися генна інженерія, щоб навчитися протистояти хворобам. Саме в його лабораторії вперше почали експериментувати з живими комахами. Як визнають вчені, вони і досі не мають чіткої відповіді, спрацьовує математично розрахована цифрова модель від команди Чарльстона Ноубла у реальному середовищі. Існує безліч перешкод на шляху її реалізації, наприклад, вчені у своїх розрахунках виходять з твердження, що всі москіти в природному середовищі взаємодіють між собою, і рано чи пізно комахи з пересадженим геном поширять його між усіма популяціями. Проте географічні бар’єри (гори, океани) сприяють появі закритих популяцій живих організмів, до яких ген опору вірусу Зіку просто не дістанеться.
Крім того, навіть з усіма доступними на сьогоднішній день технологіями, включаючи Crispr, вчені все ще не можуть передбачити всі можливі мутації в межах одного виду. Фахівці найвищого класу не знають напевно, як відреагує москіт на змінений ген, оскільки всі комахи реагують по-різному. У комп’ютерних розрахунках зазначено, що москіти однаково сприймають новий ген, а на практиці все зовсім не так. Мессер пояснює, що в процесі експериментів з добре знайомими всім школярам мошками-дрозофілами вчені спостерігали набагато більше мутацій, ніж очікувалося. І ці мутації також відрізнялися між собою. Тому, до реального втілення в життя цифрової версії перенесення генів ще багато роботи. Однак торішній спалах рідкісного вірусу Зіку довів — людство досі не навчилися захищатися від епідемій, незважаючи на величезний технологічний прогрес, доступ до інформації, свободу пересування і все інше.