tetracycline repressible transactivator protein, tTAV). Во время развития эмбриона tTAV связывается с элементом генома, отвечающим за самовоспроизводство, отчего вырабатывается еще больше tTAV. Выработанный tTAV тоже связывается с тем же элементом генома, запускает выработку нового tTAV – и так продолжается до тех пор, пока не кончатся ресурсы, нужные для выработки белков, необходимых для нормального развития. Поломка клеточного механизма приводит к тому, что генно-инженерные эмбрионы в яйцах комаров не могут развиться в кусачих взрослых насекомых.
Однако, спросит проницательный читатель, если личинки комаров гибнут в процессе развития, откуда возьмутся взрослые особи, способные спариваться и передавать дальше свою ДНК, убивающую личинки? Здесь ученые из Oxitec, чтобы обмануть систему tTAV, воспользовались некой уловкой: экспрессия tTAV подавляется в присутствии тетрациклина, распространенного антибиотика. Чтобы получить взрослых комаров, Oxitec растит своих генно-инженерных насекомых в лаборатории в присутствии тетрациклина. Зачем ученые отбирают только самцов (которые значительно мельче самок и к тому же не кусаются) и выпускают их в естественную среду. Там лабораторные самцы спариваются с дикими самками, и эмбрионы в их яйцах наследуют ген tTAV от отца. В отсутствие тетрациклина эмбрионы гибнут в процессе развития.
Применение генно-модифицированных комаров, получивших название OX153A, в Жуазейру – это второй случай, когда компания Oxitec использовала такой метод. Первые испытания прошли за несколько лет до этого в общине Вест-Бэй на острове Большой Кайман. Всего через четыре месяца после того, как в Вест-Бэй выпустили самцов OX153A, местная популяция Aedes aegypti сократилась до 20 % от прежней численности. В компании Oxitec надеялись, что бразильский эксперимент поможет узнать, даст ли метод OX153A такие же прекрасные результаты в континентальной популяции, более тесно связанной с соседними. Кроме того, ученые хотели наладить сотрудничество с местными исследователями (без чего было бы невозможно оптимизировать программу для бразильских условий), а главное – заручиться поддержкой местных жителей, а в дальнейшем и регулятивных органов. Эксперимент в Жуазейру привел к блестящему успеху. Через год популяция Aedes aegypti в Жуазейру сократилась на 95 %, причем в окружающей среде не осталось никаких токсинов и химикатов, а принятые меры не оказали непосредственного влияния ни на какие виды, кроме назойливых смертоносных комаров.
Через два года после начала бразильского эксперимента возникли некоторые опасения: секвенирование генома в масштабе популяции обнаружило небольшие количества ДНК, подобной OX153A, в геномах Aedes aegypti из Жуазейру. Следовательно, были какие-то фертильные комары OX153A, которые умудрились просочиться через процесс сортировки в Oxitec и привнесли свою ДНК в дикую популяцию. Однако ученые этого ожидали. Сортировать лабораторных комаров на самцов и самок по размеру – неточный метод, и еще до того, как выпускать комаров, компания признавала, что в каждой выпускаемой стае скорее всего окажутся и кусачие самки. Главное – что в дикой популяции не было найдено никаких трансгенов (гена tTAV или связанных с ним компонентов), а это показывало, что эксперимент идет по плану: те комары OX153A, у кого был трансген, не оставляли потомства, а те выпущенные комары, которые сумели оставить потомство, не являлись носителями трансгена.
Кроме того, высказывались опасения, что сократить популяцию при помощи OX153A удастся лишь ненадолго. Подобно другим методам с применением бесплодных комаров, успешные меры по подавлению популяции требуют регулярно выпускать насекомых повторно. Срок соглашения между местным комитетом по борьбе с комарами и компанией Oxitec на Большом Каймане истек в декабре 2018 года. Не прошло и нескольких месяцев, как жители тех мест, где проводились полевые испытания, стали жаловаться, что популяция комаров значительно возросла по сравнению с предыдущими годами. Этого тоже ожидали. Генно-инженерные бесплодные самцы живут не больше нескольких дней и за это время должны успеть спариться, чтобы оказать воздействие на дикую популяцию. После смерти они уже не могут ни на что влиять, и все достижения по сокращению популяции сводятся на нет, поскольку освободившееся место колонизируют комары из соседних регионов.
У компании Oxitec уже готова новая линия трансгенных комаров, которая решает и эти задачи. В 2018 году фирма объявила о создании комара второго поколения OX5034; тогда она отозвала свое заявление в Агентство по охране окружающей среды с просьбой разрешить выпустить комаров OX153A на островах Флорида-Кис, поскольку на подходе были новые, усовершенствованные трансгенные насекомые. Комары второго поколения Oxitec, как и OX153A, – носители гена tTAV, смертоносного расхитителя ресурсов. Однако участок ДНК с tTAV у OX5034 встроен в то место генома, где белки кодируются по-разному в зависимости от того, самка или самец получится из этого яйца. У самок tTAV транскрибируется, и насекомое погибает в процессе развития, если не получит тетрациклина. У самцов tTAV входит в геном, но не транскрибируется, и комар развивается нормально. Новая система – генно-модифицированные самки погибают, а генно-модифицированные самцы живут нормальной жизнью – имеет несколько преимуществ. Во-первых, перед тем, как выпускать насекомых, не нужно сортировать их в лаборатории на самцов и самок – можно просто помещать яйца в естественную среду и позволять личинкам вылупляться, поскольку яйца с самками просто не развиваются. Во-вторых, ген бесплодия наследуется. Поскольку самцы с трансгеном выживают, он передается по мужской линии, однако сам себя ограничивает и вскоре исчезает из популяции.
Механизм самоограничения гена бесплодия таков: самцы, вылупившиеся из яиц OX5034, несут в себе по копии tTAV в обеих хромосомах. Когда они спариваются с дикими самками, у всех их потомков есть по одной хромосоме с копией tTAV. У потомства женского пола tTAV экспрессируется, и самки погибают, а самцы развиваются нормально. Когда эти самцы с одной нормальной хромосомой и одной хромосомой с tTAV спариваются с дикими самками, половина их потомства наследует tTAV. Самки из этой половины умирают, а самцы развиваются нормально. Примерно через десять поколений, с каждым из которых доля самцов с tTAV в популяции сокращается вдвое, tTAV исчезнет. Поскольку количество особей с tTAV в каждом поколении снижается, его способность сокращать популяцию через саморегулирующееся бесплодие со временем падает. Тем не менее эффект от такого метода держится гораздо дольше, чем в случае, когда в популяцию просто выпускают бесплодных самцов.
В мае 2019-го Oxitec объявила, что первые испытания комаров OX5034, продлившиеся год, позволили снизить популяции Aedes aegypti в нескольких густонаселенных районах бразильского муниципалитета Индаятуба на 96 %. На волне этого успеха Oxitec развернула работу с другими регионами Бразилии с целью составить график дальнейших вливаний комаров OX5034 в местные популяции. Кроме того, Oxitec разработала план испытаний комаров за пределами Бразилии. В сентябре 2019 года Oxitec обратилась в Агентство по охране окружающей среды США с просьбой выпустить комаров OX5034 в нескольких местах во Флориде и Техасе, где местные власти все больше поддерживают биотехнологические решения проблемы болезней, переносимых комарами. В августе 2020 года, когда на юге Флориды участились случаи заражения вирусом денге, власти Флорида-Кис проголосовали за разрешение выпустить комаров OX5034 – впервые в США.
Ученые из Oxitec – не единственная группа специалистов по синтетической биологии, чья цель – избавить мир от болезней, переносимых комарами. Есть еще и проект Target Malaria – некоммерческое объединение университетских ученых, биотехнологов, государственных чиновников и других заинтересованных лиц, поставивших перед собой задачу полностью искоренить малярию. Проект Target Malaria сосредоточен на методах борьбы с комарами Anopheles gambiae – главными переносчиками малярии в Африке южнее Сахары. Над этим работают команды в нескольких странах, где комары Anopheles особенно распространены. В 2019 году организации удалось впервые выпустить генно-модифицированных комаров в Африке, в деревне Бана в Буркина-Фасо. Были выпущены бесплодные самцы – сделан, так сказать, лишь символический первый шажок. Однако это событие доказало, во-первых, что на местах многим интересно участвовать в научных разработках, а во-вторых, что данный метод и в самом деле позволяет сокращать локальные популяции комаров.
Генно-модифицированные насекомые могут также бороться с сельскохозяйственными вредителями. В 2019 году в сотрудничестве с учеными из Корнельского университета компания Oxitec выпустила на экспериментальное поле на севере штата Нью-Йорк капустную моль, способную к самоограничению. Капустная моль – главный сельскохозяйственный вредитель капусты и родственных культурных растений, в том числе брокколи и рапса, и славится умением быстро вырабатывать устойчивость к любым пестицидам. Генно-инженерная моль успешно конкурировала с дикой капустной молью, и на экспериментальном поле по сравнению с контрольными посадками появилось гораздо меньше гусениц. Кроме того, Oxitec разработала способные к самоограничению генетические варианты совки травяной, совки соевой и нескольких других вредителей. Метод вливания в популяцию само-ограничивающегося бесплодия мог бы ежегодно экономить фермерам миллиарды долларов и при этом снизить потребность в химических пестицидах. Любопытно, что он же может склонить чашу весов в диспутах вокруг генно-инженерных пищевых продуктов, поскольку для повышения урожайности вместо генно-инженерных культурных растений, устойчивых к сорнякам и вредителям, можно с тем же успехом применять генно-инженерные сорняки и вредителей (которых люди не едят).