Розробники технології ланцюгової реакції редагування геному, перевіреної на дрозофілах і комарах і більш відомої як «генний драйв» (gene drive), вперше випробували цей метод на ссавців, а саме на лабораторних мишах. У пілотному експерименті «автокопіювання» генетичної касети з CRISPR спрацювало тільки на самках і збільшило ймовірність успадкування ознаки з 50 відсотків до 73. Таким чином, ефективність технології стосовно ссавців виявилася набагато нижчою, ніж у комах. Автори роботи поки не опублікували її в рецензованому журналі, і представили дані у вигляді препринту на BceRxiv. Також про роботу розповідає редакційна замітка в.
У 2015 році дослідники з університету Каліфорнії в Сан-Дієго розробили технологію, що дозволяє за допомогою системи CRISPR/Cas9 не просто ввести в геном потрібну мутацію, а й забезпечити її автоматичне поширення по всій популяції за принципом ланцюгової реакції. Для цього в одну копію хромосоми достатньо ввести генетичну касету, яка кодує потрібну мутацію або вставку, і нуклеазу Cas9 з направляючою РНК, комплементарною тому самому локусу, куди вихідно вбудовується касета.
Після потрапляння в ядро Cas9 розрізає ДНК у потрібному локусі. Тепер клітина повинна полагодити розрив, що утворився, і вона може зробити це шляхом вбудовування касети, яка містить ділянки гомології до цього локусу (такий розвиток подій називається репарацією за механізмом гомологічної рекомбінації). Коли касета з компонентами CRISPR-системи і потрібною мутацією потрапляє на хромосому, цикл може повторитися, і касета вбудується на гомологічну хромосому, а також може копіюватися в той же самий локус при передачі цієї хромосоми потомству.
На дрозофілах дослідники показали, що завдяки автокопіюванню касета швидко поширюється серед нащадків, витісняючи «дикі» алелі. Таким способом можна внести в популяцію будь-яку мутацію, в тому числі шкідливу - природний відбір не зможе її відсіяти. Цю ідею автори реалізували на комарах - за допомогою своєї технології, яку назвали «генним драйвом» вчені зробили стійких до малярії комарів, а їхні колеги вивели комарів з мутацією, що знижує фертильність самиць.
На наступному етапі роботи колектив з університету Каліфорнії за участю Валентино Ганца (Valentino Gantz) і Етана Біра (Ethan Bier) випробував технологію на мишах. Дослідники намагалися ввести генетичний елемент, названий CopyCat, в ген тирозинази (Tyr), мутації в якому порушують формування забарвлення і призводять до появи альбіносів. CopyCat містив напрямну РНК проти гена Tyr і червоний флуоресцентний білок. Cas9 при цьому експресувався з іншої касети.
Основна перешкода до застосування «генного драйву» на ссавців - дуже низька ефективність репарації за механізмом гомологічної рекомбінації. Двозапідкові розриви в клітинах ссавців в основному заліковуються за механізмом негомологічного з'єднання кінців, який залишає після себе невеликі делеції або вставки. Дослідники дійсно виявили в перших експериментах, що CRISPR ефективно вносить мутації в ген Tyr на гомологічній хромосомі, що призводить до появи білого або мозаїчного потомства, але сама касета при цьому не копіюється.
Тоді вчені обмежили експресію Cas9 статевими клітинами, щоб збільшити ефективність репарації на стадії мейозу. Виявилося, що метод працює, якщо CRISPR експресується в попередниках ооцитів, але не сперматозоїдів. Кажучи спрощено, вчені розробили спосіб отримання гетерозіготних за потрібною ознакою самок, у яких завдяки «генному драйву» ген цієї ознаки містили б не 50 відсотків гамет, а 100 відсотків. Проте в попередниках яйцеклітин ефективність конверсії теж виявилася не ідеальною, і в підсумку вчені підрахували, що їм вдалося збільшити ймовірність успадкування касети до 73 відсотків.
Технологія «генного драйву» викликала великий інтерес біотехнологів і екологів, які побачили в ній засіб знищення інвазивних видів, у тому числі ссавців. Етичні комітети заявили, що до «генного драйву» потрібно ставитися з обережністю, оскільки поширення мутації неможливо зупинити, і це може призвести до непередбачуваних наслідків. Робота американських вчених показує, що для застосування на ссавців в якості «біологічної зброї» технологія ще не розроблена в достатній мірі, тим не менш, в лабораторії її можна використовувати для збільшення ефективності отримання різноманітних генетичних моделей.
Наше інтерв'ю з Андреа Крісанті - одним з піонерів технології «генного драйву», спрямованої на геноцид малярійних комарів, можна прочитати тут.