Genų inžinerija. Pirma dalis: į karą leidžiamos mutantų armijos

Beveik fantastinio filmo siužetas apie ateities apokalipsę. Tačiau iš tikro jokia fantastika čia nė nekvepia – šie neįprasti „kariai“ yra pirmieji mokslininkų sukurti naujos rūšies padarai – autocidiniai „maniakai“, genetiškai pakeisti išžudyti savo rūšį, nepakenkiant kitų rūšių atstovams. Pirmieji gyvūnai, į kuriuos nusitaikyta šiais „gyvaisiais pesticidais“, yra ligas platinantys moskitai ir javus šlamščiantys kenkėjai, bet šis būdas turėtų veikti su visais gyvūnais – nuo invazinių žuvų ir varlių rūšių iki žiurkių ir triušių. Jei pavyks, tai galėtų pakeisti mūsų požiūrį į genetiškai pakeistus gyvūnus.

Iš esmės, labai panašus kenkėjų naikinimo metodas sėkmingai taikomas jau ilgiau nei pusę amžiaus. Vadinamojoje „sterilių patinėlių technikoje“, išvedama ir sterilizuojama daugybė tos rūšies kenkėjų, o po sterilizacijos patinėliai išleidžiami į laisvę. Žinoma, patys patinėliai nežino, jog jie palikuonių jau negali sulaukti, tad instinkto vedini skuba daugintis ir konkuruoti tarpusavyje su sveikais laukiniais giminaičiais. Kai tokie sterilūs individai susiporuoja su laisvėje gyvenančiomis patelėmis, kiaušinėliai būna negyvybingi, tad ir palikuonių nebebūna. Sėkmės atveju, paleidus daug sterilių patinėlių, kenkėjų populiacija laisvėje gali būti taip radikaliai sumažinta, jog galėi iš viso išnykti.

Taikant sterilizacijos metodą gauti visai neblogi rezultatai kovoje su kai kuriais kenkėjais. Pavyzdžiui, JAV ir kituose regionuose jis padėjo išnaikinti mėsines muses (Cochliomyia hominivorax) – šių musių lervos įsiskverbia į galvijų ar žmonių kūną ir juo minta. Sterilizuoti patinėliai pagelbėjo naikinant muses cėcė Zanzibare.

Žinoma, sterilizuoti galima ne tik vabzdžius – panašiai bandoma sukontroliuoti invazines parazitines žuvis Amerikos Didžiuosiuose ežeruose. Nėgių patinėliai sugaunami, chemiškai sterilizuojami ir paleidžiami atgal į gimtuosius vandenis.

Sterilių patinų technika yra labai kryptinga, veikianti tik tas rūšis, kurias norima kontroliuoti. Tuo tarpu pesticidai kenkia daugeliui rūšių, taip pat ir mums patiems. Tad kodėl šis metodas nėra naudojamas dar plačiau?

Mat ne viskas taip gražu, kaip atrodo iš pirmo žvilgsnio. Viena iš pagrindinių problemų, apribojančių sterilizavimo metodo platesnį pritaikymą yra pati sterilizavimo procedūra. Jos metu gyvūnas turi būti sterilizuotas, tačiau turi būti nepakenkta jų pačių gyvybingumui ir sveikatai. Įprastai vabzdžiai sterilizuojami apšvitinant juos jonizuojančia radiacija, kuri nusilpnina patinėlius. Šio atveju labai svarbus tinkamos dozės nustatymas – jei dozė per maža, gali būti paleisti vaisingi patinėliai, o nuo per didelės dozės patinėliai bus pernelyg nugeibę, kad pajėgtų varžytis dėl patelių su sveikais giminaičiais. Patogiausias būdas tinkamos dozės nustatymui – eksperimentuoti paleidimo vietoje, bet tai yra labai kruopštus ir sudėtingas darbas, mat pakankamai sudėtinga po paleidimo į laisvę atskirti sterilizuotus vabzdžius nuo laukinių.

Taigi, radiacinė arba cheminė sterilizacija yra nepatogi siekiant plačiau pritaikyti šį kovos būdą prieš kenkėjus. Kaip gi išspręsti šią problemą? Ir čia į pagalbą atskubėjo biotechnologai, mokantis modifikuoti organizmo funkcijas genų inžinerijos pagalba.

Čia reiktų paminėti Oxitec – biotechnologijų kompaniją, įsikūrusia šalia Oksfordo Jungtinėje Karalystėje. Kai Oxitec įkūrėjas, Luke Alphey, bestudijuodamas koledže dešimtame dešimtmetyje pirmąsyk sužinojo apie sterilių vabzdžių metodą, suprato, kad jo tyrimuose kasdien naudojami molekuliniai įrankiai gali suteikti geresnę alternatyvą nei cheminė ar radiacinė sterilizacija.

Jos mokslininkai sukūrė sterilius saulinukų vikšrus su įdiegtu švytinčiu žymekliu DsRed. Saulinukų vikšrai yra pagrindiniai medvilnės kenkėjai ir 2002 metais JAV buvo pradėta plati jų naikinimo kampanija, kurios viename iš etapų numatytas ir sterilizuotų saulinukų paleidimas.

2006-aisiais Oxitec’o fluorescenciniai saulinukai tapo pirmaisiais genetiškai pakeistais gyvūnais, tyčia paleistais į laisvę. Pirmieji rezultatai įkvėpė tiek mokslininkus, tiek leidimus dalinančias institucijas, tad per kitus trejus sėkmingų bandymų metus į aplinką JAV buvo paleista daugiau, nei 20 milijonų modifikuotų drugių.

Mokslininku manymu, šie modifikuoti drugiai yra tik pradžia. Oxitec įkūrėjas Luke Alphey, įkvėptas sėkmingų pirmųjų rezultatų, sugalvojo būdą, kaip būtų galima dar labiau paspartinti kenkėjų naikinimą. Kam į laisvę išleisti genetiškai modifikuotus sterilius vabzdžius, jei galima sukurti tikrą „naikintojų“ armiją, kurių palikuonys patys platintų mirtiną geną ir po to patys savaime numirtų. Taip būtų galima sukurti savaiminį tam tikros rūšies išnykimo procesą. Įkvėptas tokių planų, per keletą metų jis sukūrė vaisines museles su jų palikuonis žudančiais genais („Science“, num. 287, psl. 2474).

Teoriškai, genetinis metodas, kitaip, nei radiacija ar cheminė sterilizacija, turėtų gerai veikti su bet kokia rūšimi ir nežaloti atskirų individų. Be saulinukų, Oxitec taikosi į uodus Aedes aegypti, kurie platina nemalonią užkrečiamą ligą dengė, kasmet susargdinančią nuo 50 iki 100 milijonų žmonių tropiniuose regionuose, o taip pat Floridoje ir Kvinslande (Queensland), Australijoje. Paprastai simptomai būna švelnūs, bet maždaug vienas iš dvidešimties suserga rimtai. Prieš šią ligą nėra vakcinos ar vaistų, tad vienintelis kovos su ja būdas yra ją pernešančių uodų naikinimas – o jie tampa atsparūs pesticidams.

Alphey’is ir jo kolegos sukūrė modifikuotą A. aegypti liniją su dviem genais, trikdančiais palikuonių vystymąsi. Nuo antibiotiko tetraciklino šis genas tampa neaktyvus, tad laboratorinėse sąlygose galima užauginti daug tinkamų uodų paleidimui į laisvę. „Su mūsų sistema uodai yra sterilūs ir mes palaikome jų gyvybę, duodami dirbtinį priešnuodį“, – sako Alphey’is. Vabzdžiai taip pat turi DsRed geną-žymeklį ir taip galima juos lengvai stebėti.

Kai šie uodai susiporuoja su laisvėje gyvenančiomis patelėmis, kiaušinėliai prasikala ir lervos vystosi normaliai, kol pasiekia lėliukės stadiją, o tuomet pasireiškia genas-žudikas. Toks mirties uždelsimas yra įžvalgus: pasmerktosios lervos konkuruoja su laukinėmis lervomis dėl išteklių, taip dar labiau sumažindamos jų skaičių.

2009-aisiais, Oxitec kompanija pradėjo lauko bandymus su šia A. aegypti linija Kaimanų salose Karibų jūroje, pirmą kartą paleisdama į laisvę genetiškai pakeistus uodus. Bandymai parodė, kad pakeistieji uodai išgyveno, paplito paleidimo vietoje ir sėkmingai konkuravo dėl „antrųjų pusių“.