Giriş: Invasive Türler Krizi

Avustralya'daki cansız organizmaların en yıkıcı sürücüleri arasında, yıllık yüzlerce milyar dolar malum ekonomisi ve yerli türlerin yok edilmesi için savaşılması gerekir.Portm'deki kahverengi ağaç yılanı, bu değersiz organizmalar bu ekosistem hizmetleri, alternatif yangın rejimleri ve hastalık yayarlar. Konvansiyonel kontrol yöntemleri - doğal düşmanları ve habitat modifikasyonları - yerel başarılarla elde edilen temel bir şekilde tahrip edici etkilerin nasıl azaltılabileceğini kanıtlayabilirler, pahalı veya ecotoxic.Bu arka planda hasarları durdurmak için, radikal bir yöntem ortaya çıkabilirler.

CRISPR-Based Gene Drives Nedir?

CRISPR tabanlı gen sürücüleri, belirli bir allele - bir genin varyasyonu - Mendelian% 50'den ziyade, bunu CRISPR-Cas9 sistemini kullanarak elde ederler: bir rehber RNA, belirli bir siteye vahşi kromozomu kesmek için Cas9 enzimi doğrudan yönlendirir ve hücre onarım makinelerinin onarım makinelerinin kopyalarını homolojik onarımı sırasında yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş

Bir Gene Drive'ın Anahtar Bileşenleri

  • [FONT:0)CRISPR-Cas9 sistemi: Hedef DNA dizisini kesen moleküler makaslar.
  • [FONT=0)Guide RNA (gRNA): Cas9'u kesin genomik yere kesmek için yönlendiren kısa bir RNA molekülü.
  • [FONT:0)Cargo genleri:[Dönetici:[Dönetici:0)[[değiştir | kaynağı değiştir] Herhangi bir genetik dizi, örneğin bir gen gibi, kadın infertilitesine veya takip için floresan işaretleyicisine neden olur.
  • [FONT:0]Homology kolları:[Dönetici:[Dönetici: 0) DNA dizileri, hücreyi kırık kromozoma kopyalamak için yönlendiren globları ve gRNA'ları kandırır.

Bir CRISPR tabanlı bir gen sürücüsü için ilk kanıt kabul, 2015 yılında meyve sineklerinde ()Drosofilia melanogaster), araştırmacıların neredeyse% 100 oranında bir sürüş mirası elde ettiği her zaman sivrisinekler, fareler ve diğer organizmalarda gelişmiştir.

Gene Drives Invasive Türler Eradication için nasıl çalışır?

Gen sürücülerinin invazif türlere karşı kullanılması stratejisi genellikle iki kategoriye girer: nüfus baskı veya nüfus modifikasyonu. - baskı yapanlar, kargo gensi hedef organizmanın üreme çıktısını veya hayatta kalmasını azaltır, nüfusunu geri çekilmesine ve potansiyel olarak çökmesine neden olur. Örneğin, bir sürücü embriyonik gelişimini bozmaya veya cinselliği bozmaya veya cinsiyete zarar verebilir.

Nüfus değişikliğinde, sürücü organizmayı daha az zararlı kılan bir gen taşır - örneğin, konvazif fareler taşıyan bir patojene dayanıklı hale getirir veya daha az rekabetçi hale getirmek için daha az yaygındır.Bu yaklaşım, çağıtikasyon için daha yaygındır, ancak tamamen ortadan kaldırmak için çok yaygın olabilir.

Bir Invasive Türler için Suppression Drive'ı tasarlamakta adımlar

  1. [FONT=0)Target seçimi:[Dönetici:[Dönetici:0) Bir gen veya genomik bölgeyi tespit etmek, bozulmadığında güçlü bir fitness maliyetine (örneğin, bir seks-det gen, bir doğurganlık faktörü veya gelişim temel gen).
  2. [FONT:0]Drive inşaat:[Dönetici:[Dönetici:0)[[FONT=C)[değiştir | kaynağı değiştir]
  3. [FONT:0)Laboratory testi:[Döneticileri laboratuvar kolonilerine tanıtıp miras oranlarını, fitness etkilerini ve birçok nesil üzerinde istikrar.
  4. [FONT=0)Population modelleme:[Dönetici:[Dönetici:0)[Döneticileri) ve direnişin tümleri dahil olmak üzere farklı salıverecek senaryolar altında nasıl yayılacağını tahmin etmek için hesaplama modelleri kullanın.
  5. [FONT:0)Contained field denemeleri: Fiziksel veya ekolojik olarak izole ortamlarda (örneğin, uzaktan adalar, büyük kafesler) modelleri doğrulama ve açık bir serbest bırakmadan önce ekolojik etkileşimleri değerlendirme.

Gerçek dünya ilerlemesi, sarı ateş sivrisinek ([Dört:0) Aegypti) ve vahşi çubuklar için tasarlanmış bir “sekiz” sürücü içerir.

Invasive Türlerdeki uygulamalar Eradication

Gen sürücülerinin en umut verici erken uygulamaları, antikalara odaklanır - adalara olanlar gibi - hedef alanın ötesinde yayılma riski minimumdur. Adaları, invazif türlerin etkileri için yer alır ve ayrıca daha uygulanabilir olan doğal sınırları sunar.

Aktif İnceleme Altında Hedef Türleri

  • [FONT:0]Invaskülatif çubuklar (ratlar, fareler): [Döntgenler dünyanın ada gruplarının% 80'inden fazlasını tanıttılar ve sayısız yok oluşlardan sorumlu olabilirler.Mevcut eradikasyon yöntemleri pahalı, non-selective, ve yerli olmayan hedef olmayan türlerin zarar görmesini sağlayabilir.
  • [FONT:0)Envasküler:[DÜDÜT:2) Aedes albopictus[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSTÜSÜDÜDÜSÜDÜSTÜSÜDÜDÜDÜSTÜSÜDÜDÜDÜDÜSÜDÜDÜDÜSTÜSÜDÜSÜDÜSÜSÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜN
  • [FONT:0)Envask meyve sinekleri:[Dörtüncü)[Drosofilit:0)) Büyük miktarlardaki büyük kayıplara neden oluyor.
  • [FONT:0)Envask balık ve kurbağalar: Ortak araba ve kanal gelişimi için hedeflerdir, ancak daha uzun nesil zaman ve karmaşık genomlar gibi teknik engeller kalır.

Vaka Çalışması: Yeni Zelanda Kısıtlaması - Ücretsiz 2050 Girişimi

Yeni Zelanda, vazif sıçanlar, stoats ve 2050 yılına kadar pozlamalar için hırslı bir hedef belirledi. Gene sürücüler mevcut kontrol yöntemlerini tamamlamak için potansiyel bir araç olarak araştırılıyor. Otago ve AgResearch Üniversitesi'nde araştırmacılar, cinsel oranı erkeklere doğru bir fare sürüşü geliştiriyorlar, bu da adaya daha etkili bir şekilde çökmüşlerdir.

Gen Drive'ın Avantajları - Temel Eradikasyon

  • [FONT:0]Species specificity:[Dönetici:[Dönetici: 0) Sürücü, invazi türlere eşsiz bir DNA dizisi hedef alır, bu tür ayrımları olmayan doğal pestisitlerle karşı karşıya kalır.
  • [FONT:0)Kendi kendine ait bir eylem:[Dönetici:0)[Dönetici:0)De ki: Bu, tekrarlanan uygulamalar ve ilişkili lojistik maliyetlerin ihtiyaçlarını ortadan kaldırır.
  • [FONT:0]Cost-trafın zamanla etkisizliği: Araştırma ve geliştirmedeki ilk yatırım yüksek, ancak dönemli maliyet, özellikle büyük veya uzak alanlardan çok daha düşük olabilir.
  • [FONT:0]İnsanlık ve refah: [DÜDÜDÜDÜDÜ: 1) Suppression, infertiliteye veya erken gelişimdeki kötü filiplerin, sık sık sık acı çekmesine neden olan zehirlenmeden daha fazla insan olarak kabul edilebilir.
  • [FONT:0] Sürekli sonuçlar için değerli: İyi tasarlanmış bir sürücü, hedef nüfusunu ortadan kaldırabilir ve devam eden kontrol ihtiyacını engelleyebilir.

Meydanlar ve Etik Bakışlar

Sözcülüğe rağmen, gen sürücüler herhangi bir alan kullanımından önce ele alınması gereken derin teknik, ekolojik ve etik zorluklar sunuyor.

Teknik Hurdles

  • [FONT:0)Resistance evrimi:[Dönetici:[Dönetici:0)En önemli engel, aşırı derecede korumayı hedef alan ve çoğu zaman kaç olasılığı azaltmak için çok sayıda gRNA'nın ortaya çıkmasıdır.
  • [FONT:0]Drive istikrarsızlık:[Dönetici: [Dönetici:0) Cas9 ve gRNA ifadesi zamanla susturulabilir veya sürücü elemanı yenidenkombinasyon yoluyla kaybolabilir.
  • [FONT:0]Fitness maliyetleri:[Dönetici:[Dönetici:0)) Sürücünün kendisi tarafından uygulanan herhangi bir fitness cezası (örneğin, hedef dışı etkiler veya Cas9 toksisitesi nedeniyle) yayılması veya hatta nüfusun çökmesi için gerekli olan eşine ulaşmasını engelleyebilir.
  • [FONT=0) Hedef olmayan organizmalarda yer alan bir durum: sürücüler, diğer türlere özgü, yatay gen transferi (örneğin, hibrit bölgeler veya viral vektörler aracılığıyla) teorik, yetersizlik gerektirir, dikkatli bir şekilde risk.

Ekolojik Riskler

  • [FONT:0)Unintended trophic cascades:[Dönetici:0) Bir anahtar taşıtörün invaziv türün ekosistemde öngörülemeyen değişiklikleri tetikleyebilir. Örneğin, bir sif türü ortadan kaldırmak için önceden tahmin edilebilir bir popülasyonları ortadan kaldırmak için veya diğer vazif türlerin düşmesine izin verebilir.
  • [FONT:0] Hedef sınırların ötesine geçin: Sürücü bir ada nüfusu için planlanmış olsa bile, insan hareketi aracılığıyla (örneğin, insan hareketi aracılığıyla) sürücünün anakara nüfusuna tanıtılabilir.
  • [FONT:0) Genetik çeşitlilik üzerine Impact on Genetic Diversity:[Dönetici:[Dönetici: 0) Bir nüfusun çok düşük sayıya indirilmesi, bir şişeye neden olabilir, hedef türü tamamen ortadan kaldırılmamışsa yerli popülasyonda genetik çeşitliliğin birleştirilmesine neden olabilir.

Etik ve Yönetişim Sorunları

  • [FONT:0]Konsent ve nişan:[Dönetici: 0,8] Bir gen sürücüsünün serbest bırakılması, uluslar, yerli gruplar ve yerel topluluklar arasında geniş bir fikir gerektirir. adalar üzerinde invaziv türler ortadan kaldırılabilir, yargı genellikle açıktır, ancak kıtasal hedefler için, etik çerçeve çok daha karmaşıktır.
  • [FONT:0) Önlemsel prensip vs. acil ihtiyaç:[Dönetici:0) Bazılar potansiyel ekolojik faydaların riskleri haklı çıkardığını iddia ederken, diğerleri her olası kontingency çalışıncaya kadar hiçbir sürüşün serbest bırakılmasını talep ediyor.
  • [FONT:0) Yabani popülasyonların genetik modifikasyonu için ön saf:[Dönetici:0) Gene sürücüler, genetik olarak değiştirilmiş organizmaların (GMOs) ilk kasıtlı serbest bırakılmasını, mevcut GMO düzenleyici çerçeveleri, istasyoner veya bulunan sürümler için tasarlanmış olan bu zorluklar olacaktır.
  • [FONT:0]Dual-use endişeleri:[Dönetici:[Dönetici:0) Aynı teknoloji, yararlı bir türe veya hatta insan nüfusuna zarar vermek için yeniden kullanılabilir.
“Gen sürücülerinin gücü, kamu güvenini zayıflatan kısayollara götürmemize izin vermemeliyiz. – Dr. Kevin Esvelt, MIT Gene Drive Researcher

Düzenleme ve Güvenlik Çerçeveleri

Recognizing the potential and the risks, multiple international bodies have begun to develop guidelines for gene drive research. The Convention on Biological Diversity (CBD) has discussed gene drives underBiyogüvenlik Protokolü ve 2018 yılında a moratorium on field sürümleri önerildi ve daraltıldı. Bunun yerine, "önemli, vaka-sayı risk değerlendirmeleri" için bir yol açtı.TheurFLT:0)Ü. Ulusal Academies of Sciences, Engineering, and Medicine), 2016 yılında, laboratuvardan alan ve toplumla ilgili faz testleri de dahil olmak üzere sorumlu bir gelişme için kapsamlı bir rapor yayınladı.

Çeşitli finans kuruluşları ve araştırma eksileri, örneğin, DÜŞÜNCÜ:0)Gene Drive Research Consortium) ve [[DÜŞÜNCÜ:2)Target Malaria[DÜ:3), kamuya açıklığa ve “daisy-chain” veya diğer kendini-limiting sürücülerin sonsuza dek sürmelerini gerektiriyor.

Future rotası ve Gelişen Teknolojiler

Alan hızla gelişmektedir. İkinci nesil gen sürücüler, birden çok Cas9 varyantını kullanarak direniş sorununu aşmak için tasarlanmıştır, deneysel sürümler için son derece tekrarlayıcıları hedeflemek veya “kargo” unsurlarına dahil etmek için etkili bir şekilde baskı yapılır. Ek olarak, sentetik “daisy-chain” sürücüler birden çok genomik loci arasında miras önyargıyı bölmek için bölünmüşlerdir, bu nedenle önyargı sadece kontrol edilen sayıda nesil için etkilidir.

“gene- bazlı pest kontrol, doğrulanmış veya faydalı bir gen gibi alternatif yaklaşımlar:0)toksi-antidote) veya “kendi kendini öldürme nüfus değişimi” de geliştiriliyor. Bunlar, nüfusun çökmesine neden oluyor, ancak daha sonra sürücünün serbest bırakılmasını durdurarak tersine çevirilebilir.

Makine öğrenimi ve ekolojik modelleme, sürücü sonuçlarını tahmin etmede giderek daha önemli bir rol oynamaktadır. Yüzlerce binlerce evrimsel senaryoyu basitleştirerek araştırmacılar en sağlam sürücü tasarımlarını ve en savunmasız hedef siteleri tanımlayabilirler, gerekli laboratuvar çalışmasını büyük ölçüde azaltırlar.

Sonuç: Bir Araç, Bir Panacea Değil

CRISPR tabanlı gen sürücüler, invaziv türlerin yönetilme yeteneğimizde bir paradigma değişikliğini temsil ediyor.Onlar, dünyanın en zararlı işgalcilerin bazı hassas ve en az kolayak hasarları ile ilgili olarak, onları güçlü yapan aynı özellikler – kendi kendini yaygınlaştırma, kalıcılık ve yüksek verimlilik için potansiyel – aynı zamanda arazi uygulaması için henüz hazır olmayabilir ve tüm hedefler veya tüm bağlamlar için asla uygun olmayabilir.

Sonuçta, gen sürücülerinin başarılı ve etik dağılımı, sınırların her yerinde kalıcı, kapsayıcı halk diyaloguna, titiz bilimsel gözetime ve net bir şekilde, teknolojinin yerel türlerin önlenmesi, erken algılama ve habitat restorasyonu için yerine getiremeyeceğine bağlı olacaktır.

Ayrıca okuma

  • [FONT=0]Gene Drives on the Horizon: Advancing Science, Navigation, and Oversight (Ulusal Academies Press, 2016)).
  • [0] Biyolojik Çeşitlilik Üzerine Antropoloji - Invasive Alien Türler[Dönemli: 1)
  • [0] Otago Gene Drive Research Group ).
  • [0]Target Malaria – Vector Control için Sorumlu Araştırma[Dönemli 1]
  • [FONT=0]Island Koruma – Envask Türler Eradikasyon Programları[Dönemli: 1)