Komarza seksmisja

Nie wystarczy odnaleźć gen kodujący jakąś truciznę, trzeba jeszcze umieć sprawić, aby się rozprzestrzenił w naturalnej populacji, i żeby się w niej utrzymał, wygrywając codzienną walkę o byt z innymi, pożytecznymi i z natury rzeczy występującymi u tego gatunku genami. Przecież ten gen ma ową populację dosłownie zniszczyć, dobór naturalny działa zatem na jego niekorzyść.

Załóżmy, że jesteśmy „słynnym Profesorem Wiktorem Kuppelweiserem” z kultowej „Seksmisji” Juliusza Machulskiego, i znamy „substancję czasowo paraliżującą geny męskie”. Dla ułatwienia dodajmy, że ta tajemna „substancja” też jest produktem jakiegoś genu. Okazuje się, że największy problem, jaki ze swoją „bombą M” miałby ostatni (i dodajmy – jedyny) uczony, »który nie był kobietą”, nie polegałby na tym, że „czegoś tam nie dopatrzono i „bomba M” zamiast paraliżować, na zawsze wyłączyła geny męskie i mężczyźni wyginęli« – jak z rozbrajającą szczerością siostra Berna wytłumaczyła nową rzeczywistość odhibernowanym Maksiowi i Albercikowi, znajdującym się w stanie kompletnego szoku i przerażenia.

Homing
Gdyby Juliusz Machulski kręcił „Seksmisję” dziś, a nie bez mała 30 lat temu, może wykorzystałby w swoim filmie zjawisko „homingu” genów, aby uwiarygodnić całkowite wyginięcie mężczyzn.

Czym zatem jest ów „homing”? Jak sama angielska nazwa wskazuje, ma coś wspólnego z zadomowianiem się. Konkretnie zaś – w genomie, czyli całkowitym DNA osobnika, zadomawia się informacyjny pasożyt, różny jednak od klasycznych transpozononów, retrowirusów czy intronów. Taki element koduje bowiem bardzo specyficzną endonukleazę, zdolną do przecięcia DNA w obrębie bardzo konkretnej sekwencji. Aby zaś jego samolubny, pasożytniczy charakter przejawiał się w pełnej okazałości, endonukleaza typu „homing” (w skrócie HEG) działa mniej więcej tak: gen HEG koduje białko, które w komórkach heterozygotycznych pod względem genu HEG rozpoznaje specyficzną sekwencję docelową (jakieś 15-40 nukleotydów, a zatem występującą statystycznie nie częściej niż raz na genom) w chromosomie homologicznym. Gen HEG jest umiejscowiony w samym środku tej sekwencji, stąd chromosom, który ma gen HEG, jest zabezpieczony przed przecięciem przez endonukleazę HEG. Po wykonaniu przecięcia chromosomu homologicznego przez endonukleazę, chromosom niosący gen HEG jest wykorzystany jako matryca w trakcie procesów naprawczych DNA chromosomu homologicznego. W wyniku tych procesów, heterozygota staje się homozygotą – oba chromosomy homologiczne niosą teraz gen HEG. Język biologii molekularnej opisuje zatem ten rodzaj genów jako łączące w sobie zdolność do wybiórczego uszkadzania sekwencji kwasu nukleinowego i gwałtownego rozprzestrzenienia się w całej populacji na drodze rekombinacji uprawnionej. Jeśli chromosom z zagnieżdżonym genem występuje u jednego z rodziców, w pierwszym pokoleniu jego potomstwa znajdziemy go nie w 50 (jak pouczył nas pewien czeski zakonnik w swoich Prawach), ale w 70, 90 czy 99 procentach przypadków.

Wykorzystać HEG-i
Na pytanie, dlaczego jeszcze wszystkie geny nie są po prostu uszkodzone przez HEG-i, istnieje kilka uzupełniających się odpowiedzi. HEG-i występują powszechnie w naturze, ale w każdym genomie pojedynczo, co jest pierwszą z odpowiedzi na nurtujące nas pytanie. Po drugie, choć są to enzymy uszkadzające DNA, nie niszczą jednak genów, a to dlatego, że większość z nich zagnieżdża się wewnątrz samowycinających się intronów lub sekwencji w DNA zwanych inteinami (to takie introny, ale wycinające się na poziomie obróbki białka, a nie dojrzewania mRNA). Pasożyt informacyjny „zapasożyca” zatem innego pasożyta, co samemu genowi-gospodarzowi nie szkodzi. Po trzecie, jak wszystkie inne geny, w trakcie replikacji HEG-i też ulegają mutacjom, i po prostu się psują, z czasem nie są już zdolne zagnieździć się w chromosomie homologicznym i „wypadają” z genomu na tej samej zasadzie, na której się w nim znalazły.

Pomysł, żeby HEG-i wykorzystać, nie jest nowy. Od roku 2006 wiadomo, że można je genetycznie przerobić, tak by sekwencja w DNA, którą rozpoznają, była dokładnie taka, jakiej by sobie życzyli naukowcy. Gdy zatem nauczyliśmy się przekształcać HEG-i (no niestety, jeszcze nie tak zupełnie na dowolne żądanie), można próbować wykorzystać je do inżynierii społecznej (pardonne, „populacyjnej”). Na tapecie badaczy, czy też raczej na ich stołach laboratoryjnych, znalazły się w pierwszej kolejności szkodniki i wektory, czyli organizmy rozprzestrzeniające choroby. Z wektorami mamy zaś ten sam problem, co Profesor Kuppelweiser z mężczyznami atakowanymi „bombą M” – żyją w naturalnych populacjach. Wprawdzie można by zwalczyć malarię na drodze wybicia jej nosicieli, komarów z grupy Anopheles gambiae, ale nie można ich chemicznie wyeliminować, bo stosowane w tym celu środki mogłyby się okazać totalnie szkodliwe dla środowiska.

Populacja tego wektora jest gigantyczna, a szczepionki jak nie było, tak nie ma. Trzeba zatem z dobrego wektora choroby zrobić wektor nieefektywny. Naukowcy z Imperial College w Londynie, kierowani przez profesora Austina Burta, od kilku lat realizują następującą koncepcję: docelowy neutralizowany gen (jak owe „męskie geny” sparaliżowane przez bombę Profesora Kuppelweisera w „Seksmisji”) powinien być wariantem (allelem) recesywnym występującym bezobjawowo w komarze heterozygotycznym. Gdy wreszcie naturalne krzyżowanie się samców i samic w populacji prowadziłoby do powstawania homozygot, byłyby one letalne lub niepłodne (to zależy od tego, jakie geny „zaatakuje” przekształcony na te potrzeby HEG: niezbędne komarowi do życia czy do płodności).

Jutro to dziś…
Naukowcy konstruują zatem biologiczną bombę zegarową. Jak dotąd, udało im się wykazać, że kilka HEG-ów odnajduje i uszkadza docelowe dla siebie sekwencje w komórkach i zarodkach komara. Potem dochodzi do typowego „homingu” genów tych endonukleaz. Co więcej, jeden z testowanych HEG-ów zagnieżdża się w obrębie chromosomu X, co dałoby się wykorzystać dla wybiórczego uszkodzenia plemników niosących chromosom X. Uzyskalibyśmy odwrotność „Seksmisji” w komarzym świecie i na komarzą miarę.

Żeby to wszystko jednak naprawdę się udało, w afrykański pas malaryczny (a w Azji występuje nie mniejszy, jedynie roznoszone Plasmodium jest nieco mniej groźne i nieco mniej wielooporne na leki, niż afrykański kuzyn) trzeba by wypuścić do środowiska miliardy zmienionych genetycznie samców komarów – wtedy rozprzestrzenienie się HEG-ów w populacji wektora byłoby efektywne w czasie, w którym naturalnie nie zaczną one z populacji „wypadać”. Nie za bardzo wiadomo jeszcze, w jaki sposób i gdzie uzyskać takie ilości zmodyfikowanych genetycznie owadów. Uwierzmy w tej sprawie jednak słowom Sławomira Mrożka, wykorzystanym jako motto w „Seksmisji”: „jutro to dziś – tyle że jutro”.