Te super kurczaki zaprojektowane w technologii CRISPR są odporne na ptasią grypę

Narzędzie do edycji genów CRISPR może okazać się kluczowe w walce z jednym z najbardziej śmiercionośnych wirusów krążących po świecie – wirusem, który od 2020 roku zabił setki milionów ludzi.

Oczywiście nie jest to Covid-19. Wirus jest rodzajem szczególnie agresywnej ptasiej grypy, która dziesiątkuje populacje kurczaków na całym świecie. Niestety, w celu powstrzymania choroby dokonano odstrzału wielu stad. Te gwałtownie rosnące ceny za tuzin jaj? Częściowo winny jest ten szczep grypy.

Pomijając rachunki za artykuły spożywcze, pożary wirusa rozprzestrzeniającego się wśród drobiu stwarzają niepokojącą perspektywę, że może on przedostać się do innych gatunków, w tym ludzi. Zgodnie z Według Światowej Organizacji Zdrowia od 10 r. 2022 krajów na trzech kontynentach zgłosiło oznaki wirusa ptasiej grypy u ssaków, co wzbudziło obawy przed kolejną pandemią.

Rozpoczęło się kilka krajów kampanie szczepień do walki z wirusem. Ale to groźny wróg. Podobnie jak szczepy ludzkiej grypy, wirus szybko mutuje, co z czasem powoduje, że szczepionki stają się mniej skuteczne.

Ale co by było, gdybyśmy mogli zdusić infekcje w zarodku?

W tym tygodniu drużyna z Wielkiej Brytanii zaprojektowano „super kurczaki” odporne na zwykłą ptasią grypę. W pierwotnych komórkach rozrodczych kurcząt – tych, które przekształcają się w plemnik i komórkę jajową – wykorzystali CRISPR-Cas9 do modyfikacji pojedynczego genu, który ma kluczowe znaczenie dla reprodukcji wirusa.

Edytowane kurczaki rosły i zachowywały się jak ich nieedytowane „kontrolne” rówieśnice. Były zdrowe, składały jaja w zwykłej liczbie i radośnie gdakały w swoich kojcach. Jednak ich wzmocnienie genetyczne dało o sobie znać, gdy poddano je prawdziwej dawce grypy, podobnej do tej, która może krążyć w zakażonym kurniku. Edytowane kurczaki zwalczyły wirusa. Wszystkie ptaki z grupy kontrolnej zachorowały na grypę.

Wyniki są „długo oczekiwanym osiągnięciem” – stwierdził dr Jiří Hejnar z Instytutu Genetyki Molekularnej Czeskiej Akademii Nauk, który nie był zaangażowany w badanie, powiedział nauka. W 2020 roku Hejnar użył CRISPR opracowanie kurczaków odpornych na wirusa wywołującego raka, torując drogę do skutecznej edycji genów u ptaków.

Technologia ma jeszcze wiele do zrobienia. Pomimo wzmocnienia genetycznego połowa edytowanych ptaków zachorowała po ekspozycji na dużą dawkę wirusa. Ta część eksperymentu również wywołała czerwoną flagę: wirus szybko przystosował się do zmian w genach dzięki mutacjom, które uczyniły go lepszym rozprzestrzenianiem się – nie tylko wśród ptaków, ale także zyskiwał mutacje, które mogły przedostać się do ludzi.

„To pokazało nam dowód, że możemy podjąć kroki w kierunku uodpornienia kurczaków na wirusa” – powiedziała na konferencji prasowej autorka badania, dr Wendy Barclay z Imperial College w Londynie. „Ale jeszcze tam nie jesteśmy”.

Cel

W 2016, Barclay odkrył gen kurczaka, którego wirusy ptasiej grypy wykorzystują do infekowania i wzrostu wewnątrz komórek kurczaków. Nazywa się ANP32A i należy do rodziny genów, która tłumaczy informację DNA na inne przekaźniki biochemiczne w celu budowy białek. Po wejściu do komórki ptasiej wirus grypy może kooptować produkty genu, aby wytworzyć więcej kopii i rozprzestrzenić się na pobliskie komórki.

ANP32A nie jest jedynym połączeniem genetycznym między komórkami a wirusem. Późniejsze badanie odkryli drugi gen „ochronny”, który blokuje wzrost wirusów grypy w komórkach. Gen jest podobny do ANP32A, ale zawiera dwie główne zmiany, które powodują zerwanie połączenia wirusa z komórką, co przypomina zamknięcie drzwi. Ponieważ wirusy potrzebują żywiciela do reprodukcji, przeszkoda zasadniczo odcina ich linię życia.

„Gdyby można było w jakiś sposób zakłócić interakcję [gen-wirus]… być może poprzez edycję genu, wirus nie byłby w stanie się replikować” – powiedział Barclay.

W nowym badaniu przyjęto ten tok myślenia. Korzystając z CRISPR, zmienili ANP32A w pierwotnych komórkach rozrodczych kurczaka poprzez splicing dwóch zmian genetycznych zaobserwowanych w genie ochronnym. Komórki wstrzyknięte do zarodków kurzych przekształciły się w zmodyfikowane plemniki i komórki jajowe u zdrowych, dojrzałych kurczaków, które później urodziły pisklęta ze zmienionym genem ANP32A.

Proces ten wydaje się techniczny, ale w zasadzie jest to przyspieszenie na miarę XXI wieku starożytnej techniki rolniczej: hoduj zwierzęta w celu zachowania pożądanych cech – w tym przypadku odporności na wirusy.

Podstawka

Zespół przetestował zmodyfikowane kurczaki kilkoma prowokacjami wirusowymi.

W jednym z nich wstrzyknęli dawkę wirusa ptasiej grypy do nosów 20 dwutygodniowych piskląt, z których połowa była genetycznie zmodyfikowana, a pozostałe były normalnie hodowane. Procedura wydaje się intensywna, ale ilość wirusa została starannie dostosowana do ilości wirusa zwykle występującej w zakażonym kurniku.

Wszystkie 10 ptaków kontrolnych zachorowało. Dla kontrastu, tylko jeden z edytowanych kurczaków został zakażony. Mimo to nie przekazał wirusa innym edytowanym ptakom.

W drugim teście zespół zwiększył dawkę do około 1,000 razy większej niż oryginalny spray do nosa. Każdy ptak, niezależnie od jego składu genetycznego, zaraził się wirusem. Jednakże u edytowanych ptaków objawy grypy pojawiały się dłużej. Miały także niższy poziom wirusa i rzadziej przenosiły go na inne osoby w kurniku – niezależnie od składu genetycznego.

Na pierwszy rzut oka wyniki wydają się obiecujące. Ale podnieśli też czerwoną flagę. Powodem, dla którego wirusy zainfekowały edytowane kurczaki pomimo ich ochronnych „super genów”, było to, że robaki szybko przystosowały się do zmian genetycznych. Innymi słowy, zamiana genów mająca na celu ochronę zwierząt gospodarskich może, jak na ironię, popchnąć wirusa do szybszej ewolucji.

Złote Trio

Dlaczego tak się stanie? Kilka testów wykazało, że mutacje w genomie wirusa prawdopodobnie umożliwiły wirusom chwytanie innych członków rodziny ANP32A. Białka te zwykle pozostają na ławce rezerwowych podczas inwazji wirusów grypy i po cichu opierają się replikacji wirusa. Jednak z biegiem czasu wirus nauczył się współpracować z każdym genem, aby zwiększyć jego reprodukcję.

Zespół doskonale zdaje sobie sprawę, że podobne zmiany mogą pozwolić wirusowi na zarażenie innych gatunków, w tym ludzi. „Nie zaniepokoiły nas mutacje, które zaobserwowaliśmy, ale fakt, że udało nam się uzyskać przełom [infekcję] oznacza, że ​​w przyszłości potrzebujemy bardziej rygorystycznych zmian” – powiedział Barclay.

Studiuje dr Sander Herfst z Centrum Medycznego Uniwersytetu Erazma wtargnięcie ptasiej grypy do ssaków, zgadza się. „Niezbędny jest wodoszczelny system, w którym nie zachodzi już replikacja [wirusa] u kurcząt” powiedział nauka.

Jednym z potencjalnych rozwiązań jest szersza edycja genów. ANP32A jest tylko jednym z trzech genów, które pomagają wirusom rozwijać się. We wstępnym teście zespół wyłączył wszystkie trzy geny w komórkach na szalce Petriego. Edytowane komórki były odporne na bardzo niebezpieczny szczep wirusa grypy.

Ale to wciąż nie jest idealne rozwiązanie. Geny te pełnią funkcję wielozadaniową regulującą zdrowie i płodność. Edycja wszystkich trzech może zaszkodzić zdrowiu kurczaka i jego zdolności do reprodukcji. Wyzwanie polega obecnie na znalezieniu modyfikacji genów, które chronią przed wirusami, a jednocześnie zachowują normalne funkcjonowanie.

Pomijając biotechnologię, regulacje i opinia publiczna również usiłują dogonić świat edycji genów. Zwierzęta CRISPRed są obecnie uważane za organizmy zmodyfikowane genetycznie (GMO) zgodnie z prawem Unii Europejskiej, z oznaczeniem wiążącym się z dużym bagażem przepisów i problemami z postrzeganiem przez opinię publiczną. Ponieważ jednak modyfikacje genów, takie jak te w badaniu, naśladują te, które mogą naturalnie wystąpić w przyrodzie – zamiast łączyć geny z jednego organizmu do drugiego – niektóre zwierzęta poddane CRISPR mogą być bardziej akceptowalne przez konsumentów.

„Myślę, że świat się zmienia” powiedziany autorka badania dr Helen Sang, ekspertka, która od trzydziestu lat pracuje nad ptakami odpornymi na grypę. Przepisy dotyczące zwierząt poddanych edycji genów przeznaczonych do spożycia prawdopodobnie ulegną zmianie wraz z rozwojem technologii, ale ostatecznie to, co będzie akceptowalne, będzie zależeć od poglądów wielokulturowych.

Kredytowych Image: Toni Cuenca / Unsplash

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://singularityhub.com/2023/10/12/crispr-engineered-super-chickens-are-resistant-to-bird-flu/