A mezőgazdaságban kifejezetten ideális lenne, ha a szarvasmarhák többsége csak nőstény utódokat ellene, az anyakocák nem hoznának világra kanokat, és a tyúktojásokból csak akkor bújnának elő kakasok, ha erre kifejezetten szükség van. Egy ilyen világban nem kellene állatok millióit leölni azért, mert nem tojnak tojást vagy nem adnak tejet.
Egy kutatócsoport nemrégiben fontos lépést tett a fentiek megvalósítása felé: a CRISPR nevű génszerkesztési eljárást használva egynemű egérszaporulatokat hoztak létre, ami a mezőgazdaságon túl a tudományos kutatásokra használt állatoknál is kifejezetten hasznos lehet. „A kutatás elegáns megoldást kínál az egynemű fajok létrehozására, lenyűgöző eredményekkel” – mondja Ehud Qimron, a Tel Aviv-i Egyetem CRISPR-szakértője, aki nem vett részt a vizsgálatban.
A laborállatok kapcsán egy ilyen fejlemény rendkívüli következményekkel járhat.
„Csak az elmúlt 5 évben nagyjából 25 ezer olyan kutatást publikáltak, amely során egynemű egereket használtak kísérleti alanyokként”
– mondja James Turner, a Francis Crick Intézet molekuláris genetikusa, az új kutatás egyik résztvevője. Ha meg tudtuk volna akadályozni, hogy a vizsgálni nem kívánt nem megszülessen, több százezer állat leölését előzhettük volna meg, teszi hozzá a kutató.
Preferált nemek
Léteznek persze módszerek annak elérésére, hogy a hímek és a nőstények aránya eltérjen a természetestől. Ez például lehetséges a hímivarsejtek tömegének mérésével, ami feltárja, hogy milyen nemi kromoszómát hordoznak, vagy a nem kívánt nemű embriók születés előtti elpusztításával. És két évvel ezelőtt egy kutatócsoport szintén a CRISPR eljárással elérte, hogy a világra jött egerek 80 százaléka nőstény legyen a szaporulatokban.
Ez az arány az új kutatásban 100 százalékra ugrott, vagyis a szakértők módszerével megvalósíthatóvá vált, hogy egyáltalán ne jöjjön világra olyan nemű utód, amilyenre nincs szükség. A módszer ráadásul egy olyan gént vesz célba, amely számos más állatban is megtalálható, így lehetséges, hogy a technika más fajoknál is hasonlóan hatásosan működhet.
A megközelítés tehát általánosan alkalmazhatónak tűnik sok más fajban, beleértve a madarakat és a halakat is, és akár a veszélyeztetett fajok konzerválása során is hasznos lehet.
A laborban gyakran van szükség kitüntetett nemű állatokra. Egy új, génmódosított leszármazási vonal létrehozásakor a hím egerek preferáltak, amelyek pár naponta új utódokat tudnak nemzeni, míg a nőstényeknek ugyanez 6–8 hétbe telik. A szaporítószerveken végzett vizsgálatok, egyes hormonokkal és daganatos betegségekkel kapcsolatos kutatások pedig gyakran csak az egyik nemet igénylik, és ilyenkor kiemelten fontos lehet, hogy a szaporulat neme egységes legyen.
CRISPR félbe vágva
Az új kutatásban Turner és Charlotte Douglas (szintén a Crick Intézet kutatója) Peter Ellisszel dolgoztak együtt a Kenti Egyetemről, hogy a CRISPR génszerkesztési eljárás segítségével csak hím vagy csak nőstény egereket segítsenek világra. A CRISPR két részből tevődik össze: egy enzimatikus komplexből, amely fizikailag megzavarja a célgént a genomban, és egy RNS vezetőszálból, amely révén a komplex felismeri a célgént.
Ahhoz, hogy az egyik nem embrióit elpusztítsák, a kutatók szétválasztották a CRISPR-egységet, és az enzimatikus részt kódoló gént az egyik szülő genomjában helyezték el, az vezető RNS-t kódoló részt pedig a másik szülő génállományába ültették bele. Ezt megelőzően azonosítottak egy olyan molekuláris célpontot, amely hatásosan pusztítja el az embriókat. Ehhez egy olyan gént kellett kiválasztani a genomban, amely magas szinten fejeződik ki a megfelelő időpontban, és ezért működésének zavara 100 százalékban halálos. A kutatók a topoizomeráz 1 (TOP 1) nevű gént választották, amely a sejtosztódásban kulcsszerepet játszó enzimek egyikét kódolja.
Ennek működésképtelenné tétele az embrionális fejlődés korai fázisában végzetes az embrióra nézve.
Douglas és társai a TOP 1-et célba vevő vezető RNS génjét nőstény egerek genomjába jutatták be, a CRISPR DNS-t átvágó enzimének génjét pedig hím egerek Y kromoszómájába ültették. Az enzim és vezető RNS csak akkor találkozott egymással, ha Y kromoszómás hímivarsejt termékenyítette meg a petesejtet, vagyis ha XY kombinációjú, hím embrió jött létre.
A génszerkesztés hatásai akkor kezdték éreztetni hatásukat, amikor az embrió mindössze pár tucat sejtből állt, és még az előtt elpusztították azt, hogy beágyazódott volna az anya méhébe. Így egyáltalán nem jöttek világra hím egerek, csak nőstények. A kísérlet fordított verziójában a CRISPR enzim kódját az X kromoszómás hímivarsejtek hordozták, ebben az esetben a nőstény embriók pusztultak el a beágyazódás előtt.
Előnyök és kétségek
A módosítások az anyák számára is könnyebbé tették az utódok kihordását. Azzal, hogy a nem megfelelő nemű embriók a beágyazódás előtt elpusztultak, az anyáknak kevesebb embriót kellett a méhben táplálniuk, ami egészségesebb utódokhoz vezetett. Valószínűleg ez lehet az oka, hogy a világra jött utódok száma nagyobb volt a vártnál, ahelyett, hogy megfeleződött volna az egyik nemű embriók elpusztításával, az alaphelyzetben várt utódok száma csak 30–40 százalékkal csökkent. (Vélhetően azért, mert génmódosítás hiányában mindkét nemből több embrió pusztul el kihordás alatt, ami a kísérlet során a kiválasztott nemű utódokkal nem vagy csak mérsékelten történt meg.) Mivel pedig a TOP 1 számos fajban jelen van, és ugyanolyan fontos szerepet tölt be, a módszer valószínűleg széles körben alkalmazható lehet.
A megoldással számos etikai dilemma is elkerülhető lehet, mondják a kutatók. „A választásra még az állatok megszületése előtt sor kerül” – mondja Tak Mak kanadai rákkutató, aki emlőrákkal kapcsolatos kutatásai során kizárólag nőstény egereket használ, így a hímeket világra jövetelük után leölik. Az új módszerrel ez a nem éppen kellemes és kevéssé hatékony lépés megelőzhető lehet, mondja a szakértő.
Bár a kutatók szerint könnyen lehet, hogy az egynemű utódlás ilyen módon való biztosítása gyorsan elterjed a világ laborjaiban, ami a mezőgazdaságot illeti, jóval kevésbé bizakodóak.
Amíg az élelmiszernövények termesztése kapcsán a világ nagy része retteg a génmódosítástól, addig nem sok remény van arra, hogy az állattenyésztésben alkalmazni fognak egy ilyen eljárást, mondják.
Sue Leary, az Alternative Research and Development Foundation nevű állatvédő szervezet elnöke, aki a laborállatok használata helyett keres más megoldásokat, ugyanakkor nem sok előnyét látja a módszernek. „Egy etikai problémát nem lehet egy másik etikai probléma, a génmódosítás révén megoldani” – mondja. A CRISPR-technika szerinte nem praktikus az állattenyésztésben, a tudományos kutatások kapcsán pedig az lenne a legjobb, ha az egereken való kísérletezés helyett máshogy oldanák meg a kutatásokat, folytatja Leary.
***
Amiatt ugyanakkor egyelőre kevesen aggódnak, hogy a módszert a közeljövőben embereken is kipróbálja valaki. Egyrészt a megoldás a legjobban olyan fajoknál működik, amelyek egyszerre sok utódot képesek világra hozni és rövid a kihordási idő, mondja Qimron. A nőstény egerek egy-egy tucat kisegeret hoznak világra 3 héttel a párzás után. A másik ok, amiatt az aggodalomnak nincs sok realitása, hogy az olyan genetikai módosításokat igényel, amelyek egyáltalán nem biztos, hogy embereken is működnek.
A kutatócsoport az általuk génmódosított egereket szabadon hozzáférhetővé teszik a tudományos kutatók számára, és érdeklődve várják, hogy a tudományos közösség mit hoz ki a fejleményekből.
