Komarji brez malarije iz laboratorija

Gensko spreminjanje je na slabem glasu, a delno gotovo neupravičeno, meni mladi slovenski znanstvenik Nace Kranjc, ki je sodeloval pri odmevni raziskavi, v kateri so v londonskem laboratoriju v nekaj generacijah izbrisali celotno populacijo komarjev, prenašalcev malarije.

Genski inženiring utegne človeštvu prinesti veliko dobrega in tudi veliko slabega. Po eni strani bi se lahko dokončno rešili smrtonosnih bolezni, na drugi bi lahko pregloboko posegli v naravne zakone in ustvarili nenaravne oblike superživali in celo ljudi. »Vsi sodelujoči pri študiji čutimo veliko odgovornost. Vemo, kakšen potencial ima tehnologija genskega spreminjanja, vendar se zavedamo, da ima zaradi interesov nekaterih podjetij v javnosti ta termin negativen predznak, zato smo še bolj pazljivi,« poudarja 28-letni Kranjc, ki v Londonu pripravlja doktorat iz bioinformatike.

Po njegovem ni razloga za strah, če upoštevamo visoke etične standarde in metode dodobra preverimo. Kot pojasni, je »to dostopna in poceni tehnologija, s katero lahko zatremo točno določenega škodljivca. S pesticidi pa pogosto neselektivno zatiramo več vrst hkrati in obenem ubijamo koristne žuželke. Bioinženiring ustvarja orodje, ki lahko naredi minimalno škodo z največjim učinkom.«

Komarjem spremenili gen za izražanje spola

Raziskava, ki so jo izvedli na Imperialnem kolidžu v Londonu, je razkrila izjemne učinke, v pol leta so v majhnih kletkah s tristo komarji izbrisali celotno populacijo. Spravili so se na komarje vrste Anopheles gambiae, ki so glavni prenašalci malarije.



»Gensko modifikacijo, ki smo jo vnesli v nekaj živali, smo poskusili razširiti na celotno populacijo, kar je nato vodilo v zatrtje. Nekaj podobnega so prvič izvedli pred tremi leti, ko so targetirali gen za žensko plodnost. Samice s spremenjenim 'gene drivom' ali vsiljenim genom so tega nekaj časa uspešno širile in populacija je upadala, toda nato se je proces ustavil, saj so komarji razvili odpornost. Ostalo je okoli deset odstotkov odpornih komarjev, kar je bilo dovolj, da si je populacija opomogla.«

V tej raziskavi pa so izbrali drugo tarčno mesto na drugem genu, ki ne dopušča nobenih mutacij. Spremenili so gen doublesex (dsx), ki odloča o razvoju spola. Če bi se na tem genu pojavila naravna mutacija, osebek ne bi preživel, razloži Kranjc. Med parjenjem so samci predajali spremenjeni gen, prav tako so ga lahko širile samice z eno kopijo spremenjenega gena. Ko so se pojavile samice z dvema kopijama, so izkazovale značilnosti obeh spolov in niso pikale in ne legle jajčec.

Poskus je potekal v dveh kletkah vzporedno. V eni je populacija propadla v osmih, v drugi v dvanajstih generacijah, kar v tako majhnih kletkah ni nenavadno, pojasni. V večjih, kamor zdaj selijo poskus, bo trajalo dlje, v naravi prav tako. »Če bomo prišli do točke, ko bomo spremenjene komarje izpustili v naravo, bi bilo potrebnih več izpustov na več mestih. Po grobi oceni bi lokalno populacijo na posameznem mestu lahko zatrli v dveh ali treh letih.«

Verjetno bo minilo še desetletje, preden bodo spremenjene komarje izpustili na z malarijo prizadeta območja v Afriki. »V majhnih kletkah je sistem deloval, toda to še ne pomeni, da se ne bo pozneje pojavila odpornost, morda se bo pokazala kakšna druga težava, ki je nismo predvideli. Zdaj razvijamo tehnologijo, testirali bomo vse potrebno, nato pa so tu še regulatorji v vseh vpletenih državah,« je o poskusih v naravi stvaren sogovornik.

Natančna tehnika, pridobljena iz bakterij

Kranjc v raziskavi s komarji ni delal, ampak je analiziral sekvenčne podatke. Kot pojasni, iz komarjev skozi celotno študijo pridobivajo DNA. Iz dvesto žuželk nastane okoli 10 gigabajtov podatkov. »Ugotavljal sem, ali se pojavljajo mutacije na tarčnem mestu, zaradi katerih bi komarji razvili odpornost proti vneseni spremembi. Vzorčili smo od druge do pete generacije,« razloži in doda, da bi sicer tudi brez njegovega dela opazili, da vsiljeni gen deluje, ne bi pa vedeli, kaj se zares dogaja na tarčnem mestu. »V primeru odkritja mutacije bi lahko iz analize izhajali, da moramo najti drugo tarčno mesto, torej da moramo prerez DNA premakniti za nekaj baznih parov naprej ali nazaj v iskanju optimalnega mesta.«

Za vstavljanje novega delca gena so uporabili sistem CRISPR-Cas9, ki velja za prebojno tehniko na tem področju. »Z njo lahko zelo natančno z veliko zanesljivostjo in učinkovitostjo določimo, kaj bomo spremenili v DNK: kje jo bomo prerezali in kaj bomo vnesli.«

Kaj je posebnost te metode? CRISPR-Cas9 so prepoznali v bakterijskem »imunskem sistemu«, ki omogoča bakterijam učinkovito obrambo proti virusni DNK. Princip prepoznave in razreza virusne DNK so znanstveniki iz bakterij prenesli tudi v druge organizme za namen genskega inženiringa. Mogoče ga je sprogramirati tako, da na določenem mestu v genomu razreže točno določeno gensko zaporedje. Če celici hkrati ponudimo še ustrezen nadomestek za uničeno DNK, dobimo gensko spremenjeno celico po svojem okusu. Delovanje sistema CRISPR je sestavljeno iz dveh delov: majhnega dela RNK in Cas9, encima, ki deluje kot škarje za rez v DNK, in sicer na mestu, kamor ga usmeri kratka veriga RNK. S tehnologijo vsiljenega gena se modifikacija po vnosu na tarčno mesto širi naprej pri potomcih z »rezanjem« tarčnega mesta v spolnih celicah. Tako se vsiljeni gen prenese na skoraj sto odstotkov potomstva.

Tehnika uporabna tudi pri ljudeh

Poleg londonske študije so še številni drugi laboratoriji razvijali metodo genske modifikacije na komarjih, saj bi se teh, ker prenašajo bolezni, radi znebili, bi bila pa ta tehnologija uporabna še pri drugih organizmih, od rastlin do večjih sesalcev, navsezadnje tudi pri človeku. Nedavno so na Kitajskem v laboratoriju pri miših istega spola ustvarili mladiče. Z omenjeno tehniko so izbrisali vtisnjene gene, zaradi katerih se pri sesalcih izrazi kopija le po materini ali očetovi strani. Proces je bil uspešnejši pri samicah, pri katerih je bil tudi postopek enostavnejši, saj so iz 210 zarodkov ustvarili 29 mladičev, ki so dočakali odraslo dobo in so se uspešno razmnoževali. Mladiči iz DNK dveh samcev pa so preživeli le največ 48 ur.

Takšno po mnenju mnogih igranje z naravo vzbuja številna etična vprašanja in kritike. Pri poskusu s komarji mnoge skrbi, da bi lahko z izbrisom populacije širše vplivali na ekosistem. Kranjc navede raziskavo, ki je pokazala, da vrsta Anopheles gambiae ni temeljna v ekosistemu. »Na svetu je okoli tri tisoč vrst komarjev, tako da lahko vlogo prevzame katerakoli druga vrsta, ki ne prenaša malarije,« poudari in doda, da tudi o tem še potekajo študije, da bo, ko bosta tehnologija in čas dozorela, prenos gensko spremenjenih komarjev potekal brez stranskih učinkov.