Gen sürücü nedir? Belirli bir geni kalıtım yoluyla alma olasılığı% 100'e ulaşabilir mi?
Genlerin insan kalıtımının anahtarı olduğunu ve genlerin yaşamın temel yapısını ve performansını desteklediğini biliyoruz. Yaşamın büyümesi ve apoptozuyla ilgili tüm bilgileri depolar. Bu nedenle, çocukların ebeveynlerinin bazı özelliklerini, sadece görünüşlerini değil, hatta kişiliklerini vs. miras alması kolaydır. Doğal seçilimin işlevi budur, ancak gelecek neslin genetik bilgisini değiştirmenin bir yolu var mı? Aslında, gen sürücüleri gibi vardır.
Gen sürücüsü, doğal bir geni yeni bir genle değiştirir ve sonra onu nesilden nesile miras alır. Gen sürücüsü, genleri tipik genetik yasalara uymayacak şekilde değiştiren bir genetik mühendislik tekniğidir. Gen güdüsü, belirli bir gen dizisinin bir sonraki nesle geçme olasılığını büyük ölçüde artırarak bu genlerin bir popülasyonda hızla yayılmasına ve doğal seçilimi geçmesine izin verir. CRISPR-Cas9, gen düzenleme için bakteri kullanan bir teknoloji olduğundan, araştırmacıların gen sürücülerini inşa etmesi daha kolay hale geliyor.
Gen sürücü teknolojisini kullanarak evrimsel yörüngeyi değiştirebilirsiniz. Imperial College London'da bir genetikçi olan Andrea Christie dedi. Bu, sıtmanın neden olduğu sivrisinekler gibi zararlı türleri ortadan kaldırmanın etkili bir yolu olabilir. Ancak bilim adamları, türlerin tamamını ortadan kaldırmak için gen sürücülerinin kullanılmasından kaynaklanabilecek daha geniş ekolojik ve çevresel etkileri belirlemek için hala çalışıyorlar.
Gen sürücü nasıl çalışır?
Gen sürücüsü üç temel bileşenden oluşur: yaymak istediğiniz gen; DNA'yı kesebilen Cas9 enzimi ve enzimin nerede kesmesi gerektiğini belirleyen öngörülebilir DNA dizisi CRISPR. Gen sürücüsü, bu üç elementi kodlayan genetik materyalin, iki kromozomda değiştirmek istediğiniz doğal olarak oluşan genler yerine hayvanın DNA'sına yerleştirildiği anlamına gelir.
Christie, "Gen sürücüsünün gücü, kalıtım kanunlarını bozmasıdır" dedi. Normal kalıtımda, herhangi bir spesifik genin ebeveynlerden yavrulara geçme şansı% 50'dir. Gene sürücü teknolojisi,% 50 fırsatları neredeyse% 100 garantiye dönüştürür.
Gen sürücü paketi taşıyan bir hayvan, gen sürücü paketi taşımayan bir hayvanla çiftleştiğinde, yavruları her iki ebeveynden DNA'larının bir kopyasını alır: doğal versiyon ve gen güdümlü versiyon. Sperm ve yumurta bir araya geldiğinde ve farklı ebeveynlerden gelen kromozomlar ilk kez sıraya girdiğinde, gen sürücü DNA'sındaki CRISPR etkinleştirilir. Kontralateral kromozomdaki doğal genlerin kopyalarını tanıyabilir ve embriyo gelişimi başlamadan önce doğal kopyaları kesmek için Cas9'u DNA kesmeye yönlendirebilir.
Doğal gen zarar gördüğünde, hücrenin özel onarım mekanizması aktif hale gelecektir. Onarım makinesi kayıp DNA'yı geri yükler, ancak şablon olarak kırılmamış kromozomları (gen sürücülerini taşıyan kromozomlar) kullanır. Yani onarım tamamlandığında, her iki kromozom da gen sürücüsünün bir kopyasını taşır. O andan itibaren, gen sürücüsünün iki kopyası her hücrede olacak ve hayvanlar gen sürücüsünü bir sonraki nesle aktaracak.
Yani bu süreç devam ediyor. Bu itici güç her aktarıldığında, CRISPR genin doğal versiyonunu kesecek, hücre onarım mekanizması müdahale edecek ve genin itici gücünün bir kopyası iki olacak. Sadece birkaç nesilde, yeni genler popülasyonda her yerde bulunur hale geldi ve bazen doğal olarak oluşan genlerin yerini tamamen aldı.
Gen sürücü sivrisinek
2018'de Christie ve meslektaşları Nature Biotechnology dergisinde, gen sürücü teknolojisinin sıtmaya neden olan bir sivrisinek türü olan Anopheles gambiae popülasyonunun çökmesine nasıl neden olduğunu açıklayan bir çalışma yayınladılar. Araştırma ekibi, cinsiyetle ilgili genleri değiştirebilen ve kadın doğurganlığını bozabilen gen odaklı bir mekanizma oluşturdu. Bozulmuş dişi doğurganlık genlerinin gen itici gücü, yedi nesilden daha az bir sürede test popülasyonunun% 100'üne yayıldı. Bu tür çiftleşemez ve popülasyonu düşmüştür. Bazı araştırmacılar bunun sıtmayı ortadan kaldırmanın nihai yolu olabileceğine inanıyor - Dünya Sağlık Örgütü (Dünya Sağlık Örgütü) verilerine göre sıtma, dünya çapında 280 milyon insanın hastalanmasına ve 2018'de 405.000 kişinin ölmesine neden olan acımasız bir hastalıktır. .
Christanti, gen sürücü yönteminin sıtma sivrisineklerini ortadan kaldırmanın benzersiz, uygun fiyatlı ve sürdürülebilir bir yolu olduğunu söyledi. Pestisitler ve çevre yönetimi gibi diğer yöntemlerin etkili olmasına rağmen, son derece maliyetli ve birçok ülkenin ekonomik kapasitesinin çok ötesinde olduğunu söyledi. "Gen güdüsü, gruptaki az sayıdaki bireyin genetik özelliklerinin yayılmasına izin vererek temelde sürdürülebilirlik sorununu çözüyor." Ancak tüm türü ortadan kaldırmak büyük bir mesele ve gen sürücüsünü doğada uygulamak kolay bir karar değil.
Gen sürücüsü tehlikeli midir?
Bilim adamları, ekosistemin diğer bölümlerindeki zararlı bir türü ortadan kaldırmanın sonuçlarını tahmin etmeye çalışıyorlar. Sıtma sivrisineklerini yok etmek için gen sürücülerini kullanmak, en az etkili olan plan gibi görünüyor. "North Carolina Eyalet Üniversitesi'nde evrimsel biyolog olan Fred Gould, şu ana kadar ekolojik testlerin bir sivrisinek yok edildiğinde ekosistemin çökmeyeceğini gösterdiğini söyledi.
Diğer gen sürücü projelerinin ekolojik etkilerini ayırt etmek daha zordur. Örneğin, Proceedings of the National Academy of Sciences 2016'da yayınlanan bir araştırmaya göre, koruma uzmanları ve genetikçiler istilacı ada kemirgenlerini ortadan kaldırabilecek bir gen sürücüsünü inceliyorlar çünkü istilacı ada kemirgenleri 75 türle ilişkilidir. Yerli türlerin neslinin tükenmesiyle ilgili.
Bununla birlikte, kemirgenleri ortadan kaldırmak için gen sürücüsünün kullanılması sivrisineklerden daha büyük ekolojik riskler getirebilir. Gen güdümlü bir kemirgen adadan kaçtıysa ve Kuzey Amerika gibi kemirgenin doğal yaşam alanına geri döndüyse, bu dürtü, ekosistemin önemli bir parçası oldukları için fareleri yok edebilir ve kemirgenlerin yok olması ekosistemin çökmesine neden olabilir .
Bu nedenle bilim adamları, sadece adada yaşayan fareleri hedef alan bir strateji üzerinde çalışıyorlar. Coğrafi olarak farklı gruplar, genellikle kendi yerel gruplarına özgü olan aynı geni veya alelik varyantları taşır. Bilim adamları, ortadan kaldırmak istedikleri popülasyona özgü bir alel belirleyebilirlerse, o popülasyona özgü bir gen sürücüsü oluşturabilirler. Bu itici güç, yalnızca bu özel aleli taşıyan kişilere yayılacaktır; böyle bir özel alel yoksa, bu itici güç bireyde çalışmayacaktır.
Ek olarak, bazı bilim adamları, istenmeyen sonuçlar ortaya çıktığında gen sürücülerini ortamdan çıkarmak için potansiyel onarım planları veya stratejiler üzerinde çalışıyorlar. İnsan sağlığını korumak ve ekolojik dengeyi sağlamak için gen sürücülerini kullanma kavramı umut verici olsa da, bu teknolojinin anlamını ve etkililiğini araştırmak için hala uzun bir yol var.
