Ilmuwan telah mengembangkan senjata genetik yang mampu memusnahkan seluruh spesies organisme dari muka bumi. Ini tentang teknologi penggerak gen yang memungkinkan mutasi berbahaya menyebar pada populasi hewan. Namun, meski mendapat protes dari organisasi lingkungan, pendekatan ini bisa sangat bermanfaat bagi orang dengan memberantas penyakit berbahaya. "Lenta.ru" berbicara tentang bagaimana para ilmuwan akan memerangi malaria menggunakan nyamuk yang dimodifikasi.
Penyabot DNA
Malaria adalah sekelompok penyakit menular yang disebabkan oleh organisme uniseluler parasit dari genus Plasmodium. Mereka masuk ke dalam darah manusia saat digigit nyamuk Anopheles betina, juga dikenal sebagai nyamuk malaria. Serangga ini tersebar di seluruh dunia, kecuali Antartika, Utara Jauh, dan Siberia Timur. Yang terpenting, malaria adalah penyakit di Afrika, dan yang terpenting - anak-anak. Malaria membunuh hampir setengah juta orang setiap tahun, dengan sebagian besar korbannya adalah anak-anak di bawah usia lima tahun.
Para ilmuwan telah merenungkan bagaimana rekayasa genetika untuk mengalahkan malaria selama beberapa tahun. Salah satu caranya adalah dengan memasukkan gen ke dalam nyamuk yang akan mencegah Plasmodium menetap di dalamnya. Tapi ada masalah. Katakanlah kita menciptakan beberapa ribu nyamuk malaria yang aman dan melepaskannya ke lingkungan. Bagaimana cara memastikan penyebaran gen yang diinginkan di alam liar?
Nyamuk hasil rekayasa genetika akan memiliki dua salinan gen antimalaria (satu di setiap kromosom). Hanya satu dari kromosom (yang menentukan kasusnya) diwarisi oleh keturunannya. Oleh karena itu, jika nyamuk yang diubah dan individu liar kawin tanpa gen yang diinginkan, hanya satu salinan gen yang akan diturunkan ke keturunannya. Dan hanya sekitar setengah dari generasi nyamuk berikutnya yang akan mendapatkan salinan itu (karena 50 persen mewarisi kromosom mutan). Akibatnya, gen antimalaria perlahan-lahan akan menghilang dari populasi - kemungkinan besar seleksi alam tidak mendukungnya.
Teknik yang dikenal sebagai penggerak gen dapat digunakan untuk mencegah eliminasi (eliminasi) gen dari populasi liar. Ini terdiri dari menyalin gen yang kita butuhkan dari satu kromosom ke kromosom lainnya. Kemudian organisme yang hanya memiliki satu salinan gen akan memperoleh dua salinan dan meneruskannya ke keturunannya dengan kemungkinan 100%. Bagaimana itu dilakukan?
Video promosi:
Salah satu caranya adalah dengan menggunakan restriksi endonuklease, enzim yang memotong untai ganda DNA di lokasi tertentu. Jika Anda mematahkan kromosom, maka proses pemulihannya akan dimulai. Selama itu, bagian utuh dari kromosom tetangga disalin ke dalam rantai potong. Namun, endonuklease membuat luka jika mereka "mengenali" kombinasi nukleotida tertentu. Ada banyak kombinasi seperti itu pada sebuah kromosom, jadi kami berisiko memotong kromosom menjadi banyak bagian. Ini, serta faktor-faktor lain, memperumit penggunaan restriksi endonuklease untuk penggerak gen.
Teknologi CRISPR / Cas9 mampu menggantikan enzim ini, yang memungkinkan kami membuat sayatan tepat di tempat yang kami butuhkan. Nuclease Cas9 akan membuat break pada untai ganda DNA di situs (situs target) "ditunjukkan" oleh panduan RNA atau sg-RNA. Ini adalah molekul asam nukleat pendek yang melengkapi situs target, oleh karena itu, dengan mensintesis panduan RNA yang cukup panjang, kemungkinan pemotongan di tempat yang salah dapat diminimalkan.
Pada tahun 2015, para ilmuwan dari Imperial College London menciptakan penggerak gen menggunakan CRISPR / Cas9 yang mendorong penyebaran mutasi yang menyebabkan kemandulan pada nyamuk malaria. Betina dengan gen mutan pada kedua kromosom mandul, dan jantan dapat menyebarkannya ke dalam populasi. Dengan cara ini, tidak hanya mungkin untuk mengurangi populasi Anopheles ke tingkat di mana infeksi malaria Plasmodium menjadi langka, tetapi juga untuk memerangi perkembangan resistensi terhadap pestisida dan menghancurkan spesies invasif.
Kiamat gen
Namun, ada kekhawatiran bahwa penyebaran gen yang tidak terkendali dapat menyebabkan konsekuensi yang tidak diinginkan pada satwa liar. Menurut ahli ekologi evolusioner James Collins dari Arizona State University, dalam sebuah wawancara dengan Science, tidak diketahui bagaimana penggerak gen akan mempengaruhi dinamika populasi dan kesehatan ekosistem. Misalnya, kehancuran total suatu spesies atau bahkan penurunan jumlah yang kuat menyebabkan penyebaran spesies lain. Oleh karena itu, nyamuk modifikasi tidak boleh dilepaskan ke alam liar tanpa mempertimbangkan semua risikonya. Namun, bagaimana Anda dapat menguji sebuah penggerak gen jika pengujian itu sendiri mengharuskan serangga berada di alam liar?
James Collins
Ilmuwan menyebut masalah ini Catch-22 karena solusinya bertentangan dengan dirinya sendiri. Namun, ahli biologi dari Universitas Harvard dan Institut Teknologi Massachusetts telah menemukan cara memastikan bahwa penggerak gen pertama-tama dapat mendorong penyebaran gen mutan, dan setelah beberapa generasi mengarah pada kepunahannya.
Intinya adalah bahwa penyalinan potongan DNA yang dibutuhkan dari satu kromosom ke kromosom lainnya terjadi secara bertahap. Penggerak gen digerakkan oleh tiga elemen, yang masing-masing terdiri dari satu atau lebih gen. Unsur A disalin dan disisipkan ke dalam kromosom homolog dengan adanya unsur B, dan unsur B dengan adanya unsur C. Unsur C sendiri didistribusikan dalam populasi melalui pewarisan normal, diteruskan ke hanya separuh keturunannya.
Perkawinan serangga hasil rekayasa genetika dengan nyamuk liar akan mengarah pada fakta bahwa semua keturunan akan membawa unsur A dan B, tetapi hanya setengah dari mereka yang akan membawa unsur C. Akibatnya, menurut hukum pewarisan, A dan B pertama-tama akan cepat menyebar di populasi, dan setelah jumlah tertentu dari generasi ke generasi, elemen C akan menghilang, diikuti oleh elemen B dan, akhirnya, A. Penyebaran gen mutan akan bergantung pada berapa banyak serangga yang dilepaskan ke lingkungan alam. Anda dapat memastikan bahwa hampir semua individu yang tinggal di wilayah tertentu akan menjadi pembawa mutasi, tetapi dalam populasi yang lebih besar, gen tidak akan dapat menyebar. Jika uji coba berhasil, pertanyaan tentang penerapan teknologi di mana terdapat ancaman yang jelas bagi kesehatan manusia dari nyamuk malaria akan muncul dengan serius.
Semuanya sudah diputuskan
Beberapa organisasi nirlaba, seperti Friends of the Earth dan Council for Responsible Genetics, telah menentang penggerak gen, menyebutnya teknologi pemunahan gen. Mereka menyarankan diberlakukannya moratorium. Namun, pada Desember 2016, para pihak Konvensi PBB tentang Keanekaragaman Hayati menyetujui penggunaan penggerak gen, menyerukan kehati-hatian dalam uji coba lapangan.
Foto: Domain Publik / Wikimedia
Di beberapa negara, teknologinya sudah teruji. Hasil dari lima uji coba lapangan yang dilakukan dari 2011 hingga 2014 di Panama, Kepulauan Cayman, dan negara bagian Bahia di Brasil timur laut menunjukkan bahwa jumlah nyamuk liar telah turun hingga 90 persen. Sekarang Brasil akan melepaskan jutaan serangga hasil rekayasa genetika untuk melawan Zika, demam berdarah, demam kuning, dan chikungunya.
Jadi, kemungkinan mempengaruhi ekosistem alam dengan rekayasa genetika telah terbukti. Namun, mungkinkah memodifikasi genom manusia secara langsung untuk menyingkirkan penyakit keturunan? Atau membuat orang kebal terhadap malaria Plasmodium?
Pada Februari 2017, Akademi Ilmu Pengetahuan dan Kedokteran Nasional Amerika Serikat menerbitkan sebuah laporan di mana para ahli mengizinkan perubahan DNA orang untuk memerangi mutasi yang menyebabkan gangguan serius pada tubuh. Sebenarnya, ini berarti mengoreksi gen yang rusak pada embrio manusia. Ini akan membantu Anda mengatasi penyakit seperti Huntington's chorea atau insomnia keluarga yang fatal. Namun, penggunaan teknologi penggerak gen akan terbatas pada populasi hewan liar, karena penggunaannya pada manusia tidak hanya dipertanyakan dari sudut pandang etika, tetapi juga tidak praktis: gen akan menyebar terlalu lambat.
Alexander Enikeev
