보존 론자와 생명 윤리 학자들은 종종“유전자 드라이브”라고 불리는 엔지니어링 된 DNA의 패키지를 경이, 흥분 및 공포의 혼합으로 간주합니다. Gene Drives는 절반만이 아니라 모든 숙주 유기체의 자손에게 전달되도록하여 정상적인 상속 규칙을 위반합니다. 따라서 그들은 인구를 빠르고 돌이킬 수 없게 바꿀 수있는 불안한 잠재력을 가지고 있습니다. 유전자 드라이브에 대한 논쟁의 대부분은 위험한 곤충 해충을 조절하기 위해 그것들을 사용하는 실용성 (및 허비)에 중점을 두었습니다. 곤충은 유전자 드라이브가 작동하는 유일한 동물에 관한 것이기 때문입니다.
.그것은 이제 바뀌 었습니다. 자연 에 오늘 나타나는 논문에서 샌디에고 캘리포니아 대학교의 생물 학자들은 현재 유전자 드라이브 기술이 포유류에서 마우스에서 작동하는 현재 유전자 드라이브 기술도 처음으로 효과가 있음을 보여줍니다. 그들의 연구 결과는 유전자 드라이브를 현실 세계에서 일할 수있는 잠재력과 중대한 한계를 강조합니다. 앞으로도 앞으로도 이러한 종류의 "활성 유전학"기술은 자연을 재발하는 도구보다 실험실 도구로 더 유용 할 수 있습니다.
노스 캐롤라이나 주립 대학의 곤충 학자이자 진화 생물 학자 인 프레드 굴드 (Fred Gould)는 유전자 드라이브를 커트 밴네 구트 (Kurt Vonnegut)의 소설 Cat 's Cradle의 가상의 물질 Ice-Nine에 비교합니다. :다른 모든 물을 얼어 붙는 기괴한 형태의 얼음. 유전자들은 모체 염색체에서 일치하는 친자적 염색체로 자발적으로 복사하는 유전 적 요소 세트이기 때문에 빠르게 퍼져 나갔습니다. 자체 복사 과정에서 유전자 드라이브는 삽입 지점에서 유전자를 추가, 삭제 또는 수정할 수도 있습니다. 2003 년에 유전자 드라이브는 이론적 가능성으로 제안되었지만 2012 년 CRISPR/CAS9 게놈 편집의 출현으로 갑자기 훨씬 더 실현 가능해졌습니다.
의도하지 않은 결과에 대한 법적 제한, 윤리적 우려 및 두려움의 조합으로 인해 유전자 드라이브가 야생에서 테스트되는 것을 막았지만, 그들이 할 수있는 가상의 이익의 매력은 과학자들이 계속 연구하도록 강요했습니다. 잘 조절 된 유전자 드라이브는 예를 들어 anopheles 과 같은 수백만의 생명을 구할 수 있습니다. 말라리아 기생충에 의한 감염에 내성이있는 모기.
관심은 또한 쥐와 마우스에 고안하기위한 유전자 드라이브를 개발 하는데도 관심이 높았다. 북태평양의 중요한 알바트 로스 번식지 인 미드웨이 섬에서는 약 1 세기 전에 도착한 약탈 쥐에 의해 조류가 거의 닦아 냈습니다. 대규모 중독 캠페인은 쥐를 제거하고 1995 년에 알바트 로스를 구했습니다. 그러나 보존 론자들은 다른 상황에서 원치 않는 포유 동물을 막기 위해 덜 무딘 무기를 가질 것입니다. (1 년 전의 보고서에 따르면, 미드웨이 섬의 생쥐는 이제 새들에게 새로운 위협이되고 있습니다.)
그러나 발달 생물학 자 킴벌리 쿠퍼 (Kimberly Cooper)가 생쥐를위한 유전자 드라이브 기술에 뒤섞여 보존이 아니라 진화였다. UCSD의 실험실에서 그녀와 그녀의 동료들은 수천만 년 전에 마우스 계보에서 벗어난 점프, 이중 보행이있는 긴 다리가 달린 설치류 인 Jerboa의 진화를 연구했습니다. 쿠퍼와 그녀의 동료들은 실험실 마우스를 점차적으로 더 예리한 특성으로 운반함으로써 그 진화 적 변형을 담당하는 유전 적 변화의 알려지지 않은 조합을 찾으려고 노력하고있다.
그러나 이러한 종류의 프로젝트는 기존의 번식을 통해 원하는 유전자를 개별 동물에 넣는 데 관련된 모든 것 때문에 포유 동물이 있습니다. 유전자 실험은 일반적으로 특성에 대한 동형 접합 동물이 필요하며, 이는 모체 및 부계 염색체 모두에 관련 유전자의 사본을 가지고 있음을 의미합니다. 관심있는 3 가지 돌연변이에 대해 동형 접합성 인 마우스를 생성하기 위해, 연구자들은 단일 염색체 돌연변이로 수백 또는 수천 마리의 마우스를 교차시켜야 할 수도있다. Cooper의 Jerboa 프로젝트는 10 개 이상의 유전자에 대한 마우스 동형 접합이 필요한 것으로 쉽게 알 수 있습니다.
"나는 여러 가지를 결합하는 유전학이 생쥐의 엉망이기 때문에 항상 불가능할 것이라고 생각했다"고 그녀는 말했다. “당신은 너무 많은 동물이 필요합니다. 너무 많은 시간과 돈이 많이 소요됩니다.”
그러나 3 년 전 그녀는 UCSD 동료 Valentino Gantz와 Ethan Bier의 주도권을 따르도록 영감을 받았습니다. 활성 유전학은 Gregor Mendel이 처음 관찰 한 정상적인 50 % 속도를 넘어서 지정된 특성의 상속을 향상시키기 위해 유전자 요소를 사용하는 것을 말합니다. Gantz와 Bier는 유전자를 자체적으로 활성 유전학의 형태로 분류합니다.
Cooper는“실험실에서 동일한 기술을 사용하여 엔지니어링 된 유전자 버전의 상속 속도를 높이기 위해 사용될 수 있다고 생각했습니다. 또한 그녀는 마우스 이외의 종에서 유전자를 가져올 수 있습니다. "이전에 만들 수 없었던 유 전적으로 복잡한 동물을 만들 수 있습니다."
.그들이 새로운 논문에서 설명 하듯이, Cooper와 그녀의 팀은“마커”유전자가 마우스의 계보를 통해 빠르게 퍼질 수있는 능동적 인 유전학 메커니즘을 설계했습니다. Cooper는 그들이 만든 것이 기술적으로 유전자 드라이브가 아니라는 점을 강조합니다. 안전 조치로서, 그녀의 메커니즘의 두 가지 구성 요소 (하나는 DNA를 절단하는 것을 담당하고, 다른 하나는 절단을 표적으로하는 것)는 게놈의 다른 부분으로 분리되었습니다. 이 분리는 메커니즘이 통제 할 수없는 여러 세대를 통해 확산되는 것을 막았습니다. 그럼에도 불구하고, 그 성공은 포유류에서 유전자 드라이브의 개념 증명으로 사용되었습니다.
그럼에도 불구하고 그 성공에는 경고가있었습니다. 예기치 않게, Cooper의 능동적 인 생성 시스템은 남성 생쥐에서만 작동하지 않았으며 여성에서만 작동하지 않았습니다. 그리고 여성들 사이에서도 그 메커니즘은 기껏해야 약 70 % 만 작동했습니다.
쿠퍼는“누군가가 지금이 유형의 메커니즘을 사용하여 유전자 드라이브를 구축하려고한다면, 인구를 통해 매우 빨리 퍼지지 않을 것이며 아마도 지속되지 않을 것”이라고 Cooper는 말했다. 여성에 대한 제한은 새로운 실험실 동물을 개발하기위한 유전자 드라이브의 효율을 줄일 것이지만, 번식 과정의 속도를 높일 수 있습니다.
.그녀와 그녀의 동료들은 정자와 계란이 만들어지는 방식의 미묘한 차이로 인해 유전자-인사 메커니즘이 남성과 여성에서 다르게 수행된다고 의심합니다. 계란 제작 세포에서, 염색체 쌍은 생산 공정에서 더 일찍 서로 정렬 될 수 있으며, 염색체 중 하나가 잘라지면 세포가 파트너로부터 원하는 DNA로 수리 할 확률을 향상시킨다. Cooper는“우리는 타이밍을 올바르게 얻을 수 있다면 효율성을 향상시키고 남성에서 작동하게 할 수 있습니다.
Irvine 캘리포니아 대학교의 분자 유전 학자 인 Anthony James는 일부 개선으로 활성 유전학은 결국 다양한 분야가 유전자 연구에 필요한 복잡한 실험실 동물을 생산하는 데 유용하여 오늘날의 기술에 대한 훨씬 효율적인 대안을 제공해야한다고 말했다. (제임스는 2015 년 모기에 대한 실험적인 항 말라리아 유전자 드라이브에서 간츠 및 바이어와 협력했다.) 많은 유전자의 특정 조합을 가진 전통적인 마우스의 육종은 과거에 10 년이 걸렸을 것이라고 그는 말했다. 활성 유전학은이를 1-2 년으로 단축시킬 수 있습니다.
CRISPR과 함께 하나씩 생쥐에 유전자를 삽입하는 것은 또 다른 방법이지만, 그는 활성 유전학도 그보다 우수 할 것이라고 생각합니다. "정기적 인 오래된 CRISPR은 이미 거기에있는 유전자를 수정하는 데 좋습니다"라고 그는 말했습니다. "그러나 유전자를 추가하거나 교체하고 교체하려면 유전자 드라이브 시스템이 훨씬 더 나을 것입니다."
.샌프란시스코의 글래드스톤 연구소 (Gladstone Institutes)의 유전학자인 브루스 콘린 (Bruce Conklin)이 표현한 열정은 자연 에 대한 쿠퍼의 연구에 대한 논평을 썼습니다. , 더 측정됩니다. "가치가 있지만 CRISPR을 사용하면 이미 복잡한 모델을 정말 빠르게 만들 수 있습니다." 그럼에도 불구하고, 그는 남성과 여성 세포 생물학의 간과 된 차이를 강조하기 위해 노력하고 있으며, 챔피언이 챔피언이 DNA 복구 및 분자 생물학의 다른 기본 메커니즘에 대한 이해에 도움이 될 수 있다고 생각합니다.
.쿠퍼는 유전자 드라이브가 잠재적 사용에 대한 논쟁을 감안할 때 곤충보다 포유 동물로 만들기가 더 어렵다는 사실에서 밝은면을 본다. 포유류에서 활성 유전학의 효율성을 향상시키는 데 몇 년이 걸릴 것입니다. "그 동안, 우리는 야생에서 유전자 드라이브와 함께 할 수 있고해야 할 일에 대해 진지한 대화를 나눌 수 있습니다."라고 그녀는 말했습니다.
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