Uničenje komarjev

Komarji so najbolj smrtonosna živalska vrsta na našem planetu. Morski psi na leto ubijejo 10 ljudi, krokodili tisoč, kače 50 tisoč. Komarji s prenašanjem različnih povzročiteljev bolezni na ljudi vsako leto ubijejo več kot 700 tisoč ljudi. Komarji so pravzaprav edina živalska vrsta, ki je za ljudi bolj smrtonosna kot človek sam.

Čeprav niso niti blizu vrha seznama živali, ki se jih ljudje najbolj bojimo, pa so pri vrhu seznama živali, ki si jih znanstveniki prizadevajo obvladati. Prejšnji teden se je na tem področju zgodil pomemben preboj.

Raziskovalna skupina z londonskega Imperial Collegea pod vodstvom italijanskega parazitologa dr. Andree Crisantija je v znanstveni reviji Nature Biotechnology poročala o prvem uspešnem zatrtju populacije komarjev v laboratoriju s pomočjo nove genske tehnologije.

Vsiljeni gen

Eden od največjih strahov nasprotnikov genskega inženiringa je možnost, da bi gensko spremenjene živali ali rastline ušle izpod nadzora in začele s svojimi umetno modificiranimi geni spreminjati naravne sorodnike. Zdaj pa se bodo srečali s tehnologijo, katere cilj je točno to – razširiti neko gensko spremembo po naravni populaciji vrste.

Postopek, angleško poimenovan »gene drive«, je zasnovan ravno zato, da bi posegel v naravni dedni zapis. Na Imperial Collegeu so tako moškim komarjem vrste Anopheles gambiae, znanim prenašalcem malarije iz podsaharske Afrike, vcepili genski konstrukt, ki je poskrbel za to, da so se njihovi ženski potomci razvijali nepravilno in se niso mogli razmnoževati, samci pa so ostali neprizadeti in so to gensko spremembo učinkovito širili naprej. Pri spolnem razmnoževanju ima potomec praviloma polovično možnost, da bo od katerega od staršev podedoval neko lastnost. Vcepljeni genski konstrukt pa je poskrbel, da so umetno vneseno spremembo podedovali praktično vsi potomci.

V nekaj generacijah je samic zmanjkalo in laboratorijska populacija, ki je na začetku štela nekaj sto komarjev, se je sesula.

V zelo mednarodni zasedbi raziskovalcev se je znašel tudi Slovenec – doktorski študent Nace Kranjc. »Samo za malarijo na leto umre nekaj manj kot pol milijona ljudi, večinoma otrok. Potem imamo še virus zika, mrzlico denga, rumeno mrzlico, virus zahodnega Nila ... S tehnologijo, ki jo razvijamo, bi lahko onesposobili najpomembnejše živalske prenašalce bolezni na človeka,« nam je dejal v pogovoru prek Skypa.

Slovenski prispevek

Osemindvajsetletnik iz Cerkna je v drugem letu doktorskega študija. Njegova vloga v ekipi dr. Crisantija je nekaj posebnega. »V naši raziskovalni skupini sem edini bioinformatik, edini, ki dela zunaj laboratorija. Moja naloga je analiza podatkov o genskih zaporedjih, ki jih pridobijo kolegi.« Za pridobitev vzorca DNK je treba komarje posesati iz kletke in zmečkati, kar pa ni v opisu njegovih nalog. »Včasih pomagam pri delu s komarji, a bolj za svojo sprostitev in pomoč kolegom.«

Bioinformatika je razmeroma nova stroka, v kateri se prepletajo znanje biologije, računalništva in statistike. Njena naloga je osmišljevanje velike količine bioloških podatkov, ki jih je mogoče razmeroma hitro in poceni pridobiti s pomočjo najnovejših znanstvenih aparatur. »Kdor se danes ukvarja z genetiko, se brez pomoči računalnika ne more več spopadati z goro podatkov, ki mu je na voljo,« pravi Kranjc. Zato so bioinformatiki trenutno zelo iskan kader. »Večino biologov postane strah, ko pridejo do ukazne vrstice na računalniku, zato se tega dela raziskovanja kar malo otepajo.«

»Nemoralno bi bilo, če te tehnologije, potem ko zagotovimo njeno varnost, ne bi uporabili za to, da bi rešili pol milijona življenj na leto.« – Nace Kranjc, Imperial College

Zanj je to nekaj naravnega. Po dodiplomskem študiju biotehnologije in magistrskem študiju molekularne biologije na ljubljanski Biotehniški fakulteti se je sprva zaposlil v slovenskem start-upu Genialis, ki se ukvarja z razvijanjem programske opreme za bioinformatike. »Od nekdaj me je zanimalo tudi programiranje in razmišljal sem, kako bi ti svoji strasti združil.« Po spletu naključij je kot uslužbenec podjetja v okviru evropskega projekta za pol leta odšel na Imperial College v London, ravno v skupino profesorja Crisantija. »V teh šestih mesecih me je njihovo delo tako navdušilo, da sem se odločil ostati.«

Ob njegovem prihodu so pri izvedbi poskusa z vsiljenim genom njegovi sodelavci ravno naleteli na oviro. Nekateri komarji so namreč s pomočjo mutacij razvili odpornost proti vsiljenemu genu.

Zdi se, da so pri najnovejšem poskusu našli optimalno tarčo na genomu. Gre namreč za gen, ki ne prenese mutacij oziroma je vsaka naključna mutacija nezdružljiva z življenjem. S tem so zagotovili, da je vsiljeni gen v populaciji komarjev vztrajal do konca. Naloga Naceta Kranjca je bila s pomočjo računalniške obdelave podatkov primerjati rezultate analize DNK skozi več generacij komarjev, da bi odkril morebitne neželene mutacije. »In pomembno odkritje je bilo to, da nismo našli ničesar,« se nasmehne.

Nedokončano delo

Naslednji korak raziskovalcev z Imperial Collegea je izvedba poskusa v večjih kletkah, v katerih bo od deset- do dvajsetkrat več komarjev. Tako se bodo razmere malenkost bolj približale tistim v naravnem okolju. »Če je tehnologija uspešno delovala v manjši kletki, namreč še ne pomeni, da bo tudi v večji, kaj šele v naravnem okolju,« pravi Nace Kranjc.

Po mnenju dr. Romana Jerale, vodje laboratorija za biotehnologijo na Kemijskem inštitutu, bo imela tehnologija v naravnem okolju v vsakem primeru omejen doseg. »Glede na ozko področje, v katerem se širijo komarji (nekaj 100 metrov), tako rekoč ni mogoče, da bi s tem sistemom uničili vse komarje določene vrste na zemlji. Lahko pa bi bistveno zmanjšali njihovo populacijo na nekaterih področjih.« Še najboljša rešitev bi bila po njegovem mnenju, če bi jim uspelo populacijo škodljivih komarjev ustrezno zmanjšati in nato nadzorovati njihovo število.

Tudi Nace Kranjc razmišlja v tej smeri. »V naši skupini se ukvarjamo z načini, kako zatreti populacijo komarjev. Nekatere druge skupine pa preučujejo možnost zamenjave populacije.« Namesto da bi z vsiljenim genom povzročili kolaps vrste, raziskujejo možnost, da bi v populacijo vsilili gen, ki bi komarje naredil odporne proti prenosu plazmodija, povzročitelja malarije. Trenutni načrti dejansko predvidevajo kombinacijo obeh pristopov. »Z našo tehnologijo bi najprej močno zmanjšali populacijo komarjev, nato pa bi tej močno zmanjšani populaciji vsilili gen za odpornost in jih naredili nezmožne za prenos plazmodija.«

Igranje boga

Razvoj tehnologije vsiljenega gena odpira težka etična vprašanja. Ljudje dobivamo moč spreminjanja živih bitij na ravni vrste in odločanja o obstoju vrste nasploh. »Nikoli ni obstajalo močnejše biološko orodje, tako, ki bi pomenilo večjo priložnost za izboljšanje sveta in hkrati večjo grožnjo,« so zapisali v reviji New Yorker.

»Verjetnost, da bi nastali superkomarji, je tolikšna, kot da bi v besedilu knjige naključno spreminjali ali brisali besede in računali, da bi jo s tem izboljšali.« – Dr. Roman Jerala, Kemijski inštitut

V povezavi s tehnologijo CRISPR, na kateri temelji to orodje, se poleg tega v zadnjem času kopičijo opozorila, da vendarle ni tako vsemogočna in natančna pri spreminjanju genoma in da obstaja realna možnost neželenih škodljivih sprememb.

Po mnenju dr. Jerale to v primeru komarjev ne pomeni pomembne težave. »Cepitev DNK na neželenih mestih je bolj problematična v medicini, kjer bi lahko prišlo do zdravstvenih težav pacientov, ki bi jim popravljali okvarjene gene, če bi sočasno okvarili druge. Pri delovanju na komarje tega problema ni. Verjetnost, da bi s tem nastali superkomarji, je tolikšna, kot da bi v besedilu knjige naključno spreminjali ali brisali besede in računali, da bi jo s tem izboljšali.«

Ne gre zgolj za tveganje širjenja neželenih genskih sprememb, gre tudi za vprašanje ravnovesja v ekosistemu. Za ljudi so denimo komarji v najboljšem primeru zgolj nadloga, za nekatere živalske vrste pa pomemben vir hrane.

»Vsi v naši skupini se zavedamo odgovornosti, ki jo imamo,« pravi Nace Kranjc. »Vsi se zavedamo, kakšen potencial ima tehnologija, ki jo razvijamo, in kako zelo narobe bi se lahko stvari razvile, če ne bomo skrajno previdni.«

Zagotavlja pa, da kljub temu povsem mirno spi. »Vsem je jasno, da smo od točke, ko bi si upali našo tehnologijo uporabiti v naravnem okolju, oddaljeni še vsaj kakih deset let in da bomo v tem obdobju naredili vse, da bo naš končni izdelek zadovoljivo varen. Če se izkaže nasprotno, ne bo tehnologija nikoli zapustila laboratorija. Nemoralno pa bi bilo, če te tehnologije, ko zagotovimo njeno varnost, ne bi uporabili za to, da bi rešili pol milijona življenj na leto.«

Očitki o igranju boga so v tem primeru pogosti in glasni. A Nace Kranjc ima na ta pomislek dober odgovor. »Črne koze so pomorile ogromno ljudi. Pri njihovem iztrebljanju se nikoli nismo spraševali, ali je prav, da se igramo boga. In osebno zelo podobno gledam tudi na problem, ki ga povzročajo komarji. Seveda obstaja pomembna razlika v potencialnem učinku na širše okolje, zaradi katere je potrebna dodatna raven previdnosti, sicer pa poskusi iztrebljenja prenašalcev bolezni niso nič novega in nimajo prav nobene zveze z igranjem boga.«