טכנולוגיות חדשות בתחום ההנדסה הגנטית מאפשרות לנו כיום לשנות את תכונותיהם של מינים שונים במהירות ובגמישות רבה. אחד היישומים המשמעותיים ביותר של טכנולוגיות אלה עשוי להיות שינוי גנטי של מינים שלמים בטבע - בעיקר מינים הגורמים נזקים כבדים, כגון יתושים מעבירי מחלות דוגמת מלריה או מינים פולשים הפוגעים בסביבה ובכלכלה. שינוי תכונותיהם של מינים אלה יאפשר צמצום משמעותי של האוכלוסיות המזיקות, ואולי אף יביא למיגורן המוחלט. עם זאת, אחת החששות המרכזיות משימוש בטכנולוגיה זו הינה שהגנים המהונדסים "יגלשו" מהאוכלוסייה המזיקה לאוכלוסיות אחרות, ואף למינים אחרים, ויגרמו לשינויים אקולוגיים חמורים ולא צפויים.
ד״ר גילי גרינבאום מהמכון למדעי החיים באוניברסיטה העברית ושלושה חוקרים מובילים מאוניברסיטת סטנפורד בארה״ב, פרסמו מחקר חדש בנושא בכתב העת Plos Genetics. זהו מחקר תאורטי המתבסס על מודלים חישוביים, ומציג את האפשרויות העומדות בפני עולם המדע לשימוש בטכנולוגית ההנדה הגנטית gene drive, המספקת לראשונה פתרון לבעיית ההפצה של גנים מהונדסים באוכלוסיות טבעיות.
gene drive מייצר "מנוע גנטי" המפר את חוקי ההורשה הטבעיים, וכך מאפשר הפצה נרחבת ומהירה של גנים מהונדסים באוכלוסייה, גם במצבים שהברירה הטבעית חזקה נגדם. למעשה, המנוע הגנטי הזה מאפשר להביא גנים מהונדסים פגומים לתפוצה נרחבת תוך דורות בודדים. מכיוון שטכנולוגיה זו מתבססת על הורשה באמצעות רבייה מינית, היא ישימה בחרקים, יונקים, זוחלים, דגים ומרבית הצמחים, אך לא בחיידקים ווירוסים.
למרות היעילות הרבה של השיטה והצלחה של ניסויים במעבדה, טכנולוגיית ה-gene drive עדיין לא יצאה מן המעבדה לשדה בשל החשש ממכלול הסיכונים הכרוכים בשימוש בהנדסה גנטית נרחבת מחוץ למעבדה, ביניהם גלישת הגנים המהונדסים מאוכלוסיית המטרה אל אוכלוסיות נוספות או אפילו אל מינים אחרים. לגלישות גנים עשויות להיות השפעות בלתי צפויות, ביניהן הכחדה של אוכלוסיות ומינים בהם איננו רוצים לפגוע, ובעקבותיה אף להוביל להשפעות הרסניות על מערכות אקולוגיות שלמות.
Gili Greenbaum talked about “Can we design gene drives to prevent spillovers?” He modeled differential targeting of populations with gene drive and how we can control spillover of gene drives to other populations. It seems to be possible, but difficult https://t.co/aZRgmw9sBa
— Yash Pershad (@yash_pershad) February 24, 2020
על מנת להבין את התפשטותם של מנועי gene drive בין אוכלוסיות ואת התנאים הדרושים לגלישתם, יצרו החוקרים מודל של שתי אוכלוסיות, שבאחת מהן מופעל מנוע gene drive. החוקרים מידלו את הדינמיקה האבולוציונית העתידה להתרחש, והתחקו אחר התפשטות הגנים המהונדסים בשתי האוכלוסיות לאורך זמן. כתוצאה מעבודתם גילו החוקרים מרחב אפשרויות שבו ניתן לעצב את התכונות הגנטיות של ה-gene drive, אשר מונע גלישת גנים מעבר לאוכלוסיית המטרה. העיקרון שמונע את גלישת הגנים כונה על ידי החוקרים differential targeting, והוא מבוסס על שיווי המשקל הנוצר בין כוחות אבולוציונים ואקולוגיים שונים. עם זאת, החוקרים מצאו שהעיקרון ישים רק כאשר קצבי המעבר בין האוכלוסיות יחסית נמוכים, וכאשר הקצבים גבוהים יש צורך בתכנון מאוד מדויק של ה-gene drive. לכן, הציעו החוקרים שאין זה אפשרי להשתמש בעיקרון differential targeting כאשר הקישוריות בין האוכלוסיות גבוהה, משום שבמצב זה יהיה צורך בתכנון מאוד מדויק של מנוע gene drive - דיוק שאיננו אפשרי בטכנולוגיה הקיימת.
ד״ר גילי גרינבאום מסכם כי ״אנחנו מגלים שהשימוש בטכנולוגיית gene drive אפשרית, אך מחייב תכנון של הפרמטרים הגנטיים בצורה מדויקת כדי מגלישה מסוכנת לאוכלוסיות אחרות, מה שעלול להוות מכשול ביישום הרעיון. מצד אחד, שימוש בהנדסה גנטית על אוכלוסיות שלמות יכול להוביל להצלחה במאבק למיגור מחלות איומות כגון מלריה וזיקה, המועברות על ידי יתושים, ולמנוע את הנזקים שגורמים מינים פולשים ברחבי העולם. מצד שני, המחקר מדליק נורת אזהרה שאומרת שהבעיה של גלישה צפויה להיות לעיתים משמעותית וקשה לפתרון. הנדסה גנטית של מינים ללא השלכות? אנחנו עדיין רחוקים משם. במחקר עתידי נרצה לבחון את השפעתם של אלמנטים אקולוגיים ואבולוציוניים שונים על תהליך ההתפשטות של מנועי gene drive, על מנת להבין טוב יותר כיצד הם יתנהגו בתנאי שדה".
#BAPG19 Gili Greenbaum, Stanford, Designing gene drives to avoid spillovers to non-target populations.
לפרסום המדעי: https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1009278
לפרסום בתקשורת: https://www.ynet.co.il/environment-science/article/B1l9MUXv00
הידען - https://www.hayadan.org.il/gene-drive-%D7%9E%D7%90%D7%A4%D7%A9%D7%A8-%D7...