A gene drive egyszerre tűnik csodaszámba menő módszernek, izgalmas újításnak és nagyon ijesztő elképzelésnek, hiszen felborítva az öröklődési szabályokat, a bejuttatott DNS-csomagok nemcsak az utódok felébe kerülnek át, hanem – ideális esetben – mindegyikükbe. Ebből adódóan a módszerrel rendkívül gyorsan és visszavonhatatlanul lehetséges megváltoztatni teljes állatpopulációkat, ami jóval komolyabb belenyúlást jelent a természetbe, mint amit más módszerek eddig lehetővé tettek.
A gene drive kapcsán annak potenciális használati lehetőségei is ellentmondásos érzelmeket szülnek, egyszerűen abból adódóan, hogy mivel a módszer sokáig csak rovarokon látszott működni,
az egyetlen praktikusnak tűnő alkalmazási terület a károkat vagy betegségeket okozó állatok kontrollálása volt.
Sokan pedig megkérdőjelezték, mennyire etikus például a gene drive által mondjuk terméketlenné tenni és ezzel kiirtani a maláriaszúnyogokat. A technika ugyanakkor óriási lehetőségeket is rejt magában, hiszen egy jól megtervezett gene drive, amely mondjuk ellenállóvá teszi a szúnyogokat a malária kórokozója ellen, milliók életét menthetné a rovarok kipusztítása nélkül is.
Mi a gene drive?
Az utóbbi években aztán egyre több kísérlet történt más állatcsoportok gene drive-val való módosítására is, így például emlősökkel, egerekkel és más rágcsálókkal is elkezdtek kísérletezni. Az alapvető cél kezdetben itt is az volt, hogy a kártékony, invazív fajokat szorítsák vissza a módszerrel. Új-Zélandon például gőzerővel folyik egy ambiciózus gene-drive projekt, amelynek keretében a patkányokat és más, a nyugati utazók által behurcolt, az őshonos fajokat a kihalás szélére taszító állatokat akarnak kiirtani a metódussal.
Egerek és emberek
Egy új kutatás azonban arra is rávilágít, hogy a gene drive más, kevésbé ellentmondásos területeken is használható lehet – például a laborokban. A Kaliforniai Egyetem kutatója, Kimberly Cooper például evolúciós biológiai kutatásai miatt kezdett foglalkozni a módszerrel. A szakértő és kollégái laborjukban az ugróegér törzsfejlődését tanulmányozzák. A hosszú lábú, két lábon ugráló rágcsáló fejlődése több tízmillió éve vált külön az egérétől, és Cooper kutatócsoportja arra kíváncsi, hogy a két faj közti látványos eltérések pontosan milyen genetikai változásoknak köszönhetők. Mindezt úgy igyekeznek kideríteni a szakértők, hogy laboratóriumi egereket próbálnak „ugróegérszerűbbé” tenni.
A hasonló projektek hagyományos módszerekkel nagyon nyűgösek az emlősök esetében. A genetikai kísérletek legtöbbjénél olyan állatokra van szükség, amelyek homozigóták egy adott génre, vagyis mind apai, mind anyai kromoszómájukon ugyanazt az allélt hordozzák. Csak akkor lehet biztosra venni, hogy minden utód ugyanezeket az allélokat hordozza, ha azok két homozigóta szülőtől származnak, amelyek létrehozás generációk és évek hosszú sorába telhet.
Ha pedig több gént akarnak együtt vizsgálni a kutatók, a probléma még nagyobbra nő, hiszen több száz vagy akár több ezer egeret is keresztezni kell, hogy mondjuk három vizsgálni kívánt allélra homozigóta állatokat kapjanak. Cooper projektjében pedig valószínűleg 10 vagy még több génre kellene homozigótának lenniük az állatoknak, aminek megvalósítása kezdetben lehetetlennek tűnt.
„A genetikai kombinálás mindig rendkívül nehéz ügy az egerekben. Rengeteg állatra van szükség, és a munka nagyon sok időt és pénzt emészt fel”
– mondja Cooper.
Aktív genetika
Három évvel ezelőtt azonban Cooper figyelme az „aktív genetika” felé fordult. Két egyetemi kollégája, Valentino Gantz és Ethan Bier ecetmuslicákkal dolgoznak, is munkájuk során elkezdtek olyan módszereket is bevetni, amelyekkel a mendeli arányokon túlmutató módon segíthetik elő bizonyos vonások öröklődését. Ennek az aktív genetikának az egyik eszköze az általuk is használt gene drive.
Cooper rögtön látta, hogy ezt a módszert ő is nagyon jól tudná használni munkája során, hiszen jelentősen megnövelhetné vele a kívánt génváltozat öröklődésének mértékét. A módszerrel ráadásul akár más fajokból is átemelhet géneket az egerekbe, olyan, genetikailag összetett élőlényeket hozva létre, amelyek korábban nem léteztek.
A szakértő és társai tehát meg is kezdték az aktív genetikával való kísérletezést. Új tanulmányukban arról számolnak be, hogy sikerült egy, az egerek színét befolyásoló gént gyorsan elterjeszteniük egy leszármazási vonalban. Cooper ugyanakkor hangsúlyozza, hogy amit csináltak, az technikailag még nem gene drive. Biztonsági okokból ugyanis a mechanizmus két összetevőjét, a DNS-t vágó, illetve a vágás helyét megjelölő részt különválasztották, mégpedig úgy, hogy azok csak az utódgenerációban találkoztak. Így a gene drive nem is szabadulhat ki a labriból, mivel ehhez a laborbeli egereknek olyan vad állatokkal kellene párosodniuk, amelyek a mechanizmus egyik összetevőjét eleve hordozzák, erre pedig nem nagyon van esély.
A kísérlettel azonban annyit sikerül igazolni, hogy a gene drive működhet az emlősökben is:
a beavatkozással nyomán az utódok 86 százaléka örökölte a kívánt génváltozatokat,
ami meghaladja a mendeli arányokat, ugyanakkor messze elmarad a közel 100 százalékos sikertől, amit például a szúnyogokon végzett kísérletek során tapasztaltak a szakértők.
Időzíteni is tudni kell
A technológia másik korlátja, amelyre csak most derült fény, hogy ezen kísérlet során a gene drive valamiért csak a nőstény egereken működött. Ennek oka valószínűleg az időzítésben keresendő: a mechanizmus ugyanis csak egy nagyon szűk időtartamban működött úgy a petesejtek és a spermiumok létrejötte során, ahogy a kutatók akarták. A gene drive rekombináció idején működik a legjobban, amikor a testvérkromatidák párba állnak, és a gének átrendeződnek. A rekombináció viszont a petesejtek képződésénél előbb kezdődik, és hosszabb ideig is tart, így a gene drive-nak is hosszabb ideje volt kifejteni hatását. A következő feladat tehát annak megoldása lehet, hogy a mechanizmus hímekben is működőképes legyen.
Bár a kísérlet megmutatta a gene drive korlátait, és azt, hogy milyen nehéz lesz emlősökben megvalósítani a módszert, a szakértők továbbra is bíznak abban, hogy a metódus idővel rutin eszközzé válhat a laborbeli tenyésztéseknél. Hiszen ha sikerül működésre bírni emlősöknél is, sokkal hatásosabb technikát jelenthet, mint a jelenlegi megoldások.
Hagyományos pároztatással egy évtizedbe is beletelhet, mire sikerül létrehozni egy olyan egeret, amely a kívánt génváltozatokat hordozza, aktív genetikával pedig mindez akár 1–2 év alatt is megvalósítható lehet, mondja Anthony James kaliforniai molekuláris genetikus.
A CRISPR szintén megoldást jelenthet ugyanerre, de ennek is megvannak a korlátai. Ahogy James mondja, ezzel a génszerkesztési eljárással lehetne ugyan egyenként módosítani a géneket, de a CRISPR igazán azokon a géneken működik jól, amelyek eleve ott vannak az állat genomjában. Ha viszont géneket akarunk hozzáadni, vagy egymásra kicserélni, a gene drive sokkal jobb lesz erre.
Ami Coopert illeti, ő maga részéről még örül is annak, hogy a gene drive működtetése nehezebbnek bizonyul az emlősöknél, mint a rovaroknál. Szerinte így ugyanis lesz idő a felhasználás kapcsán felmerülő etikai és törvényi kérdésekkel foglalkozni: mire ugyanis pár év múlva ténylegesen használhatóvá válik az emlősökön a módszer, addigra mindenképp tisztázni kellene, hogy mit lehet és mit nem kellene véghezvinni a gene drive-val, főleg ami a vadon élő populációkat illeti.
