近年、ゲノムを改変するための革新的な CRISPR 技術が普及するにつれて、1 つの大胆な潜在的なアプリケーションが保全科学者、政策立案者、公衆衛生従事者などの注目を集めています。これは、排除または制御するためのいわゆる遺伝子ドライブの作成に使用される可能性があります。望ましくない種。そのアプローチの賢明さや危険性について議論している専門家は、多くの場合、非常に異なる答えに達しています.
本日発表された新しい論文は、注意が必要であることを主張しています。コンピューター モデリングを使用すると、少なくともいくつかの形式で、ドライブが以前に示唆されたよりも侵略的である可能性があることが示唆されています。この論文は現在、科学プレプリント サイト biorxiv.org に掲載されています。 (ハーバード大学とマサチューセッツ工科大学のチームである著者も、査読のあるジャーナルに論文を投稿しました。)
遺伝子ドライブは、有性生殖における遺伝の規則を変更するために DNA に挿入できる遺伝子構造です。特定の形質が親から子に受け継がれる可能性を、50% から 50% からほぼ 100% に高めることができます。この技術は今のところ研究室に限られていますが、多くの科学者は最終的に病気を媒介する昆虫、侵入種、その他の問題のある生物を制御するために使用することを望んでいます.
その野望は、2 種類の抵抗に遭遇しました。 1つは、遺伝子ドライブが侵略的になり、意図せず自然界に広がり、望ましくない影響を与えるのではないかと心配している他の研究者や環境保護論者からのものです.もう 1 つは、自然界自体からのものです:As Quanta 昨年報告されたように、一連の論文は、生物が遺伝子ドライブへの耐性を進化させると、それらが野生で非常に遠くまで行くのを止めるかもしれないことを示唆しました.
しかし、ハーバード大学とマサチューセッツ工科大学の新しいモデリング作業は、遺伝子ドライブの最も基本的なバージョン (CRISPR 技術を使用し、無期限に複製および拡散することを意図したもの) が、進化の抵抗に直面した場合でも侵襲的である可能性があることを発見しました。新しい論文では、「侵略的とは、遺伝子ドライブを持つ少数の生物が大規模な野生個体群に放出された場合でも、ドライブ要素がその個体群内および近隣の個体群に広がる可能性があることを意味します」とチャールストン・ノーブル氏は述べています.ハーバード大学の博士課程の学生であり、筆頭著者です。
PLOS Biology で本日公開された付随する展望では、MIT の進化工学エンジニアである Kevin Esvelt と、ニュージーランドのオタゴ大学の遺伝学者である Neil Gemmell が、標準的な遺伝子ドライブ (特に保全プロジェクト) で何が問題になっているのかを概説しています。
この見通しはまた、局所的な遺伝子ドライブに関するさらなる研究を必要とします — Esvelt の研究室によって促進されたテストされていないアプローチを含みます — これは、標準的なドライブのように機能しますが、標的集団の外に広がる可能性を低くする生物学的限界があります.
Esvelt は、この視点は、2014 年に共同執筆した論文の記述を修正するのに部分的に役立つと述べています。この論文は、保全における標準的な遺伝子ドライブの可能性について楽観的すぎると考えています。
「私たちはこの話題にもっと光を当てたいと思っており、環境保全を標準的な遺伝子ドライブの用途としてリストするという私の以前の決定が間違いであることを非常に明確にしたいと考えています. 「[ローカル] ドライブ テクニックを実行していない限り、問題になるでしょう。」
遺伝子駆動モデルの実世界データ
モデリングのプレプリントでは、ハーバードと MIT のチームは、置換ドライブまたは変更ドライブと呼ばれる標準的な遺伝子ドライブの 1 つのタイプのみを考慮しました。ここで、ドライブは集団の特性を交換します。たとえば、ドライブを交換すると Anopheles が変わる可能性があります 蚊がマラリア原虫を物理的に伝染させないようにします。
このモデルはまた、個体群間の距離、地域の生態系の違い、実験生物が野生の対応生物と交配できないことなど、野生での遺伝子ドライブの広がりを抑制する可能性のあるさまざまな要因を無視しました。
このシンプルさは「意図的」だったとノーブルは言います。 「慎重を期して、できる限りシンプルに保ちたいと思いました。より多くの要因を追加することで、封じ込めの観点から [遺伝子ドライブ] がより良く見える可能性があります。」
この論文には 2 つの主要なモデルが含まれていました。 1つ目は、個体が他の個体と交配する可能性が同等である生物の大規模な集団を想定していました。 2つ目は人口をより小さなグループに分割し、個人がそれらの間を移動できるようにしました.両方のモデルには、野生型生物 (自然に発生するゲノムを持つもの) と、遺伝子ドライブまたは遺伝子ドライブに対する耐性を持つものが混在していました。
遺伝子ドライブが実際にどれだけ効率的であるか、そして彼らが直面する抵抗の程度を把握するために、チームはショウジョウバエ、蚊、酵母で公開された遺伝子ドライブ実験からデータを引き出しました。
この結果は、少数の遺伝子駆動生物を放出するだけでも侵襲的である可能性があることを示唆しています。これは、最も効果の低い遺伝子駆動にも当てはまり、耐性が存在する場合にも当てはまりました。たとえば、控えめに言っても効率的だった遺伝子ドライブを含む 1 つのモデル化されたシナリオでは、わずか 10 の生物を放出するだけで 97% の侵入確率が発生し、平均して人口の 3 分の 1 にドライブが広がりました。
しかし、モデルは、ほとんどの科学者が保全プロジェクトで使用される可能性が高いと考えている遺伝子ドライブ、つまり抑制ドライブを考慮していませんでした。それらでは、遺伝子ドライブは、集団が生き残るために必要な形質を変更します.たとえば、そのような衝動は、個体群をすべてオスまたはすべてメスに歪め、繁殖を停止して絶滅させる可能性があります。抑圧的な衝動が侵襲的であることが証明されるかどうかは不明ですが、Noble 氏はこれらをすぐに調査する予定であると述べています.
コーネル大学の集団遺伝学者フィリップ・メッサーは、この研究には関与していないが、「これまで人々が考慮に入れていなかったもの」であるため、新しいモデルが亜集団間の移動を調べることは重要である.実験データをモデルに戻すことも、遺伝子ドライブの新しいステップです。調査結果は特に驚くべきものではありませんが、非常に単純化されているため、現実世界をどれだけうまくモデル化しているかを判断するのは難しいと彼は付け加えました.
モデリング論文によると、調査結果は、全米科学、工学、および医学アカデミーからの2016年のレポートからの推奨事項に疑問を投げかけています.報告書は遺伝子ドライブに慎重であり、管理されたフィールドテストを含む、より多くの研究を推奨しています.しかし、ハーバードと MIT のチームは、制御された野外試験でさえ、標準的な遺伝子ドライブに問題を引き起こす可能性があると主張しています.
2016 年の報告書の著者の 1 人であり、ノースカロライナ州立大学の科学、政策、社会の教授であるジェイソン デルボーンは、彼らの評価に反対している。 2016 年のレポートはフィールド テストへの段階的なアプローチを示唆していましたが、著者は「環境への放出を追求するのに十分な情報が知られていないと結論付けました」と Delborne は電子メールで書いています。
「おそらくそれは変わっていない」と彼は付け加えた。 「残念ながら、「実地試験」という用語は正確な概念ではありません。そのリスクの程度は、技術の詳細とそのコンテキストに依存するためです。」
ご近所ジーンドライブ
PLOS の展望に関する論文で、Esvelt と Gemmell は、保全プロジェクトにおける標準的な遺伝子ドライブ、特に島から侵略的なラット、マウス、およびその他の哺乳類を排除することを目的としたものに対するより広範な影響を概説しました。
この論文は、遺伝子をある集団に拡散させることはできるが、その集団を超えて拡散させることはできない、代替の遺伝子駆動技術を強調しています。 1 つの例は、集団に固有の遺伝子のバージョンをターゲットとする精密遺伝子ドライブです。たとえば、島に生息する侵入マウスは、同じ種であるにもかかわらず、本土のマウスから分離されて、いくつかの固有の遺伝的特徴を持っている可能性があります。その機能を標的とした遺伝子ドライブは、島では機能しますが、他のマウスでは機能しません.
これまでテストされていない別のアイデアは、Esvelt の研究室からのものです。彼はそれをデイジー ドライブと呼んでいます。これは本質的に遺伝子ドライブを、デイジー チェーンのリンクのように、個別ではあるが相互に作用する断片に分割するものです。それは「遺伝的多段ブースターロケットのようなもの」になるだろうとエスベルトは言った.標準的な遺伝子ドライブは自分自身のコピーをパートナーの染色体に挿入しますが、デイジー ドライブの各断片は次の断片を染色体にコピーするのに役立ちますが、設計上、1 つの断片が他の断片からの助けを得ることはありません。最終的に、ピースが集団から脱落すると、ドライブは新しい世代に広がることができなくなります.
PLOS の視点は、議論を引き起こすことを意図していた、と Gemmell は電子メールで述べた。 「私たちは遺伝子駆動技術自体に反対しているわけではありません」と彼は書いています。遺伝子駆動は、「保全領域におけるさまざまな問題に対する重要な将来の解決策です。しかし、環境の観点から再配置を真剣に検討する場合、それらは何らかの状況で制御可能である必要があります。」
しかし、遺伝子ドライブの研究には注意が不可欠ですが、それは新しいことではありません、と昆虫学者でノースカロライナ州の遺伝子工学および社会センターの共同所長であるフレッド・グールドは言いました.
「人々は注意を払っているように思えます」と彼は、保全のための遺伝子ドライブを研究している少数の研究グループに言及して言った.これらのグループのうちの 2 つ — ニュージーランドの Predator Free 2050 と、米国、オーストラリア、ニュージーランドの GBIRd — は、潜在的なリスクと利益について地元のコミュニティとコミュニケーションをとる計画と同様に、すでに地元の遺伝子ドライブを調査しています。
グールド氏はまた、これまでのところ、遺伝子ドライブの研究は初期段階にあり、フィールド テストの準備が整っていないことを強調し、ドライブが実際にどのように実際に動作するかは不明です.将来を見通すことは重要ですが、人々が実際に何をしているかを認識することも重要です、と彼は付け加えました。 「ここで先を行くべきではないと思います。」
