W betonowej, miejskiej dżungli – w Juazeiro w Brazylii – nowa armia została wypuszczona do boju. Jest to armia jak żadna inna – misją jej żołnierzy jest kopulacja, a nie walka. Jednak spotkanie z nimi jest zwiastunem śmierci, a nie miłości. Ich dzieci z początku będą wydawały się zdrowe, jednak powymierają zanim osiągną dojrzałość, zestrzelone przez ich zabójcze geny, które przekazali im ich ojcowie.
Ci żołnierze są pierwszymi tego rodzaju kreaturami – przygotowani w sterylnych warunkach maniacy, genetycznie zmodyfikowani w celu wymiecenia ich własnego gatunku, bez ranienia innych istot. Pierwszymi zwierzętami, które zostały obrane na cel przez te “żywe pestycydy” są przenoszące choroby komary oraz gryzące gąsiennice. Jednak tego typu walka powinna być skuteczna w boju z każdym gatunkiem zwierząt – od napastniczych ryb i żab po szczury i króliki. Jeśli wszystkie eksperymenty się powiodą, należy będzie zrewidować sposób rozumienia inżynierii genetycznej zwierząt.
W istocie, podobne metody były z powodzeniem stosowane od więcej niż połowy wieku. Jest to tak zwana “technika wysterylizowanego samca” – duża ilość przedstawicieli gatunku, który ma być zaatakowany, jest hodowana, a następnie wyjałowiona i męskie osobniki są wypuszczane na wolność. Kiedy spotkają się z samicą, która żyje w naturze cały czas – ich jajeczka nie są zdolne do życia i funkcjonowania zgodnie z przeznaczeniem. Skutkiem tego typu zabiegów może być w końcu eksterminacja dziko żyjących całych populacji.
Metoda jest rozlegle stosowana i zanotowała wiele sukcesów. Przykładowo, pomogła wyeliminować jeden z gatunków muchy plujkowatej na terenie Stanów Zjednoczonych – larwy tego gatunku kopią nory w ciele żywego inwentarza, a czasem nawet ludzi. Z użyciem tej metody udało się wyczyścić tereny Zanzibaru z muchy tse-tse.
Solucja o której mowa może być stosowana nie tylko do insektów – podobne narzędzie zostało wykorzystane do kontrolowania pasożytniczych ryb w Wielkich Jeziorach Północnoamerykańskich. Samce minoga były chwytane w specjalne pułapki, chemicznie sterylizowane i wypuszczane.
Zwolennicy techniki wysterylizowanego samca mówią o znacznych benefitach pozwalających precyzyjnie kontrolować populację danego gatunku niczym samosterujący pocisk. Pestycydy dla kontrastu wpływają negatywnie na szeroki zakres innych gatunków, wliczając w to człowieka.
Powstaje pytanie dlaczego zatem ta metoda nie jest szeroko stosowana? Głównym problemem jest fakt, iż bardzo ciężko jest sterylizować zwierzęta bez czynienia im szkody również na innych polach. Najczęstszą metodą sterylizacji insektów jest “zestrzeliwanie” ich odpowiednim promieniowaniem, co czyni samce osłabionymi. Dobranie odpowiedniej dawki promieniowania jest dla każdego gatunku kluczowe – zbyt małe spowoduje, że bardziej płodne gatunki będą wciąż się rozprzestrzeniać, za duże zaś spowoduje, że samce będą zbyt słabe, aby współzawodniczyć z żyjącymi dziko innymi samcami o samice. Prace nad wyselekcjonowaniem optymalnej dawki najlepiej powinny być wykonywane w terenie, jednak zadanie te jest bardzo żmudne i pracochłonne oraz trudno jest odróżnić i wyselekcjonować wysterylizowane insekty od tych żyjących cały czas na wolności.
Oxitec jest biotechnologiczną kompanią znajdującą się tuż pod brytyjskim Oxfordem. Wytworzyli oni Pectinophora gossypiella (ang. pink bollworm) – motyla, którego gąsiennice mają “wbudowany” fluorescencyjny marker nazwany DsRed. Pectinophora gossypiella jest głównym pasożytem pól bawełny. W 2002 roku kampania mająca na celu wytępienie szkodnika została rozpoczęta na terenie Stanów Zjednoczonych, właśnie z wykorzystaniem wysterylizowanych osobników. W 2006 roku, spreparowany przez Oxitec, fluorescencyjny Pectinophora gossypiella stał się pierwszym genetycznie modyfikowanym zwierzęciem, z premedytacją i wyrachowaniem wypuszczonym do środowiska. Po trzech latach udanych prób, ponad 20 milionów insektów zostało wypuszczonych na terenie Stanów Zjednoczonych.
Modyfikowane larwy motyli to tylko początek. Kiedy założyciel Oxitec – Luke Alphey – po raz pierwszy dowiedział się o technice sterylizowania insektów od kolegów w latach 90., zdał sobie sprawę, że molekularne narzędzia, których używał do codziennych badań, mogą dostarczyć lepszej alternatywy. Po latach doświadczeń, wyprodukował rodzaj muchówek, z takim zestawem genów, które zabijały ich potomstwo.
W teorii, w przeciwieństwie do bombardowania zwierząt promieniowaniem lub używania chemicznej sterylizacji, genetyczne podejście powinno działać odpowiednio dla każdego gatunku zwierząt. Oprócz Pectinophora gossypiella, firma Oxitec celuje w odmianę komarów – Aedes aegypti – najbardziej znanego nosiciela dengi – potencjalnie śmiertelnej wirusowej choroby odzwierzęcej, przyjmującej postać gorączki krwotocznej. Denga występuje głownie w tropikalnych regionach Australii, jak nawet i Florydzie. Rocznie infekuje około 50 milionów ludzi. Nie ma na nią skutecznej szczepionki, ani leczenia po infekcji, tak więc jedyną walką z wirusem jest próba zabicia komarów, które ją przenoszą, tym bardziej, że z każdym rokiem stają się coraz bardziej odporne na pestycydy.
Alphey wraz z kolegami stworzyli odmianę Aedes aegypti, z dwiema kopiami genu, który zakłóca rozwój potomstwa. Gen jest wyłączany w obecności antybiotyku tetracykliny, pozwalając wyhodowanie kompletnie zdrowych komarów przed ich wypuszczeniem. “Bazując na naszym systemie pracy, komary są całkowicie bezpłodne i utrzymujemy je przy życiu podając im sztucznie przygotowane antidotum”, powiedział Alphey. Insekty posiadają również wspomniany DsRed – inaczej gen reporterowy, który pozwala je w łatwy sposób monitorować.
Kiedy te spreparowane komary łączą się z dzikimi samicami, ich jaja wykluwają się i rozwój larwy przebiega normalnie aż do stanu poczwarki – wówczas aktywuje się zabójczy gen. Śmierć z opóźnieniem jest zabójczym trickiem. Larwy nad którymi ciąży zagłada współzawodniczą z dzikimi larwami o pożywienie, co w konsekwencji redukuje ich przyszłe pogłowie.
W 2009 roku Oxitec rozpoczęli serie badań w terenie, obciążając Aedes aegypti na Kajmanach, pozwalając pierwszym inżynieryjnie spreparowanym komarom wylecieć na wolność. Próby w terenie dowiodły, że inżynieryjnie przygotowane komary przeżywają w dzikim środowisku, rozpraszają się po całym terenie i kopulują z samicami.
Komary Oxitecu, liczące około 20 procent wszystkich samców w danej populacji, dały około 10 procent jajeczek zawierających zmodyfikowane geny. “Uzyskaliśmy około połowy transgenicznego potomstwa, co było zgodne z oczekiwaniami”, powiedział Alphey. “Jednak ten sposób to dobra droga na osiągnięcie sukcesu”. Dodaje również, że spreparowane komary również dobrze poradziły sobie podczas małych testów na Malezji.
Obecnie zakrojone znacznie na większą skalę próby są przeprowadzane w Juazeiro w Brazylii, które – jak żywi nadzieję Alphey – zostaną przekształcone na działania na pełną skalę w celu uruchomienia programu pełnej kontroli populacji insektów. W międzyczasie Oxitec byli zajęci rozwijaniem nowej, bardziej wyszukanej odmiany, bardziej przebiegłej.
W obu metodach – klasycznej sterylizacji samców oraz w genetycznej inżynierii – ważnym jest aby wypuścić tylko modyfikowanych samców. Jeśli jednocześnie wypuszczono by zarówno samice jak i samców w tym samym czasie – kopulowali by ze sobą, zmniejszając zabójczy wpływ na dziką populację. Niestety, odseparowanie płci zajmuje zbyt wiele czasu oraz starań w przypadku niektórych gatunków. “To jest całkiem duży problem, jeśli potrzebujesz wypuścić powiedzmy milion samców każdego tygodnia”, powiedział Mauro Marelli, epidemiolog z Uniwersytetu Sao Paulo w Brazylii, który współpracuje z Oxitec podczas prób w Juazeiro.
Przykładowo, podczas oddzielania płci w przypadku muchy tse-tse należy to wykonać ręcznie. Zdecydowanie łatwiej jest rozdzielać Aedes aegypti, gdzie żeńskie poczwarki są nieco większe od męskich. Niemniej, taki proces wymaga specjalistycznego zaplecza i umiejętności, co powoduje, że takie próby i zabiegi są bardzo kosztowne. Podobnie transport dorosłych osobników nie jest zbyt łatwy. “Dorosłe komary są wciąż długie i chude i jeśli upakujesz ich dużo na jednej przestrzeni, okaże się, że ich nogi są powykręcane a skrzydła mają wiele fizycznych uszkodzeń”, powiedział Alphey.
Zespół badaczy stworzył również odmianę, w której samica nie może latać. Prace zostały oparte na odkryciu, że żeńskie komary posiadają unikalne białkowy budulec mięśnia związanego z lataniem, którego nie posiadają męskie osobniki. Ów mięsień wykształcił się prawdopodobnie z powodu, że samice muszą znajdować krew do pożywienia, a więc latają z większym obciążeniem. Samice pozbawione możliwości latania, nie mogą znaleźć żywiciela, z którego mogą ssać krew, nie mogą się również parzyć, tak więc nie ma potrzeby, aby separować płcie. Koperty zawierając miliony jajek mogą być łatwo wysyłane w każde miejsce. “Wystarczy dodać wodę i otrzymujesz komara w wersji instant”, żartobliwie mówi Alphey.
Samce, które wyklują się z jajek wyglądają normalnie i mogą przekazać “nielotny” gen na swoje córki. Natomiast ich synowie będą dziedziczyć kopię tego geny, tak więc będą produkować te same samice niezdolne do lotu. Alphey tłumaczy – “ta genetyczna konstrukcja przetrwa kilka generacji, jednak niezbyt długo, ze względu na wysokie koszty odnowy”.
Oxitec ma również na celowniku komary przenoszące malarię, jednak stanowią one dużo większe wyzwanie niż te przenoszące denge. Po pierwsze, jest dużo więcej niż tylko jedna odmiana komara przenoszącego malarię, na poszczególnych obszarach, tak więc efektywna kontrola musiałaby być prowadzona na kilku gatunkach równocześnie, ale badania musiałyby być dokonane oddzielnie dla każdego rodzaju. W dodatku komary z malarią często gryzą również inne zwierzęta, nie tylko ludzi, tak więc dystrybucja ich genetycznie zmodyfikowanych osobników byłaby mniej precyzyjna i możliwa do przewidzenia niż w przypadku Aedes aegypti.
Zatem w przypadku malarii, ta technika nie przyniosłaby tyle korzyści co w kazusie dengi, jednak jak twierdzi Alphey, może być wciąż pomocna. “Okazało się, że może być bardzo wartościowa w niektórych miejscach, kawałkiem układanki w innych regionach, a w innych nie aż tak istotna”.
Kiedy Oxitec wiedzie prym na tym polu, wiele innych grup na świecie pracuje nad podobnymi sposobami działania i to nie tylko w celu zabijania insektów. “Z technicznego punktu widzenia nie ma powodów, dlaczego jałowe insekty nie mogłyby być przeniesione na kręgowce”, mówi Ronald Thresher, ekolog pracując dla Australijskiej Narowowej Agencji Naukowej – CSIRO.
Uważa on, że podejście związane ze sterylizacją i inżynierią genetyczną, może być użyte nie tylko w przypadku kontroli inwazyjnych gatunków, jak ropucha aga, ale jest to również metoda, która może być skuteczna również w innych przypadkach. “W obecnej chwili jest to nasza jedyna nadzieja na możliwość kontrolowania rozmnażania się tych pasożytów. Inne sposoby są pomocne, ale koniec końców stają się tylko plasterkiem, a nie prawdziwym rozwiązaniem”.
Thresher wyszedł z pomysłem wykreowania ryby, która produkuje tylko męskie potomstwo. Wypuszczając dostateczną ilość tych “bezcórkowych” ryb, łatwo uzyska się ów “bezcórkowy” nawyk, który z czasem rozwijające się gatunki inwazyjnych ryb, popchnie na skraj wyginięcia.
Jego metoda opiera się na fakcie, że enzym nazywany aromatazą jest ważny dla generowania żeńskich hormonów u ryb. Wyłączenie tego genu spowoduje wyprodukowanie ryby, która może płodzić tylko synów. Swoje badania w warunkach laboratoryjnych prowadził na danio pręgowym (słodkowodna ryba z rodziny karpiowatych), zmieniając współczynnik płci na korzyść samców w ciągu trzech generacji. Celem jest wpłynięcie na karpia, którego obwinia się za zanik rodzimych gatunków ryb oraz erozję brzegów kolosalnej rzeki Murray-Darling oraz jej dorzecza w południowo-wschodniej Australii. Modele sugerują, że wypuszczenie “bezcórkowego” karpia, tak aby stanowił 5 procent populacji, z powodzeniem usunie rybę z dorzecza Murray-Darling do roku 2030.
Modele przygotowane przez Threashera sugerują również, że szkodniki jak ropucha aga czy szczury również mogą być potraktowane z użyciem tej metody. Jednak wyhodowanie dużej ilości zwierząt jest intensywną pracą, wymagającej odpowiednio wykwalifikowanego personelu i zaplecza. “Tak więc wydatki związane z takim programem szybko zamieniają się w problem innego rodzaju”, mówi Thresher. Akceptacja opinii publicznej, również może być przeszkodą, dodaje Alphey. “Duża liczba samców szczura – wysterylizowane czy nie – nie jest opcją, którą ludzie chcą podążać”.
Jednakże jeśli wspomniana technologia rozwinie się zgodnie ze swoimi obietnicami, może stać się na tyle przyjazna dla środowiska, ile kontrola szkodników na to pozwoli. W dodatku może w dużym stopniu lub całkowicie wyeliminować pestycydy, a także ma wpływ tylko na obrane za cel gatunki. Poza tym naukowcy twierdzą, że trudno dostrzec elementy, który mogłyby pójść źle.
Niektóre rośliny w które wkradła się inżynieria otrzymały dodatkowe, wyróżniające cechy jak odporność na choroby, tak więc te geny mogą z powodzeniem być rozprzestrzenione wśród dzikich krewnych. Modelowane cechy znikną również z otoczenia w kilka generacji po zatrzymaniu programów i wprowadzaniu produkowanych osobników do środowiska.
W teorii dzikie insekty mogą być w stanie rozwinąć odporność, tak aby przykładowo w jakiś sposób rozpoznawać i unikać insektów z zabójczymi genami. Jednak jest to dużo mniej prawdopodobne, niż odporność na pestycydy – czemu będzie można przeciwdziałać zmieniając formę wypuszczanych odmian.
Nie trzeba mówić, że przeciwników genetycznej inżynierii trudno jest przekonać. “Genetyczne modyfikacje zawsze prowadzą do zamierzonych i niezamierzonych efektów”, mówi Ricarda Steinbrecher z EcoNexus – działalności, która opisuje się jako “nie działająca z intencją zarobkową, organizacją prowadzącą badania dla interesu publicznego”. “Istnieje również wiele zagrożeń, które odbiją się rykoszetem na innych organizmach”, kontynuuje Steinbrecher.
Jednak wielu biologów uważa, że ryzyko jest minimalne. “Jest prawdą, że niektóre regulacje zostały złożone w trakcie rozwoju programu, jednak ryzyko jest bardzo, bardzo małe”, powiedział Mark Benedict – entomolog z Uniwersytetu w Perugii. Dla niego istotnym pytaniem jest czy koszty idące za tymi projektami mają uzasadnienie w ich efektywności.
Ryzyko jest obciążone właśnie potencjalnymi benefitami. Denga,
na przykład, rozprzestrzenia się szybko w klimacie tropikalnym. W obecnej chwili jest prowadzone wiele prób związanych z opracowaniem skutecznej szczepionki i jest już kilku przeciwwirusowych kandydatów, jednak modyfikowane komary są prawdopodobnie najbardziej skuteczną bronią prewencyjną przed rozwojem choroby, twierdzi Jeremy Farrar – dyrektor Oxford University Clinical Research Unit w Ho Ch Minh City w Wietnamie. “Naprawdę musimy nacisnąć na rozwój, być precyzyjnie nastawieni na te prace oraz zapewnić, że te prace zostaną zastosowane”.
Wiele z tego co zostało przedstawione może stać się sukcesem, jak i upadkiem tej technologii. Do tej pory genetycznie modyfikowane organizmy oferowały niewiele odczuwalnych korzyści dla konsumentów. Wielu przeciwników tych programów – szczególnie w Europie – jest gotowych zmienić zdanie, jeśli właśnie pozwolą one na kontrolę zarówno szkodników jak i chorób, które roznoszą.
Takie podejście może otworzyć drzwi do bardziej ambitnych genetycznych konceptów związanych z kontrolą szkodników. Już w 2003 roku New Scientis pisali o pracach nad “samolubnym” DNA, które rozprzestrzeniałoby się w populacji i zabijało tylko wówczas kiedy dwie kopie kodu byłyby dziedziczne. W teorii jednorazowe wypuszczenie kilku insektów mogłoby wymazać całą dziką populację, zamiast ciągłe wysyłanie milionów spreparowanych osobników.
Pozostaje wciąż pytanie: czy sukcesy te mogą zmienić stosunek ludzi do inżynierii genetycznej? “Naszym celem jest zredukowanie ciężaru dengi wśród bezbronnych populacji”, mówi Alphey – po czym dodaje – “jednak jeśli to pomoże promować niuanse związane z technologiami genetycznymi, to byłby to bardzo mile widziany efekt uboczny”.
Pomimo zalet związanych z opisanymi programami wiele osób zawsze ma obawy czy ta wiedza i technologia zawsze będzie wykorzystywana dla dobra, ochrony i rozwoju gatunku ludzkiego, wraz z poszanowaniem środowiska naturalnego. Pojawiają się też głosy, że takie prace mogą mieć również zastosowanie co do możliwości rozrodczych ludzi i innych ssaków. Taka moc i wiedza w rękach szaleńców mogłaby się stać okrutną bronią skierowaną przeciw całym narodom czy rasom. Pozostaje mieć nadzieję, że zarówno naukowcy, jak i osoby, które pokrywają koszta badań i prób, zawsze będą kierowali się wysoką etyką oraz moralnością. Zapraszam do dyskusji.