Hunter
Indul a génmódosított organizmusok új fejezete
Különös sereget eresztenek a brazil Juazerio városára, feladatuk a harc helyett a szaporodás, mégis a halál előfutárai. Utódaik egészségesnek tűnnek, de nem érik meg a felnőtt kort, egy örökölt gyilkos gén ugyanis végez velük.
A szóban forgó sereg tagjait "autocideknek" nevezik, egy genetikailag módosított faj, amit azzal a céllal hoztak létre, hogy saját, a természetben előforduló társait elpusztítsa anélkül, hogy más fajokra veszélyt jelentene. Az első célba vett fajok a betegségeket hordozó szúnyogok és a terményeken élősködő hernyók, a módszer azonban elvileg minden állattal működik, a kártékony halaktól és békáktól kezdve a patkányokon át, egészen a nyulakig.
Valójában szinte ugyanezt a módszert már sikerrel alkalmazták félévszázaddal ezelőtt is. Az úgynevezett "sterilhím technika" keretében a célba vett kártevőket nagy számban szaporították, sterilizálták, majd a hímeket szabadon engedték. A vadon élő nőstényekkel párosodva a keletkezett peték életképtelenek lettek, fokozatosan kipusztítva a vadon élő populációkat. A megoldást széles körben alkalmazták, és jelentős sikereket könyvelhettek el. Ezzel sikerült kiirtani az Egyesült Államokban a csavarféreg legyet, aminek lárvái befúrják magukat az állatok, sőt akár az ember húsába is, de a cecelégy is ennek a módszernek esett áldozatául Zanzibárban.
A sterilhím technika nem csupán a rovarokra korlátozódott, az amerikai Nagy-tavakban élő betolakodó parazita halakat is ezzel igyekeznek kordában tartani. Nagy előnye a fókuszáltság, mivel csak azokra a fajokra gyakorol hatást, amiket kontrollálni akarunk, ellentétben a kártevőirtó szerekkel, amik számos más fajban, köztük az emberben is kárt tehetnek.
Felmerül a kérdés, hogy miért nem alkalmazzák szélesebb körben a sterilhím technikát? A fő problémát pontosan a sterilizálás jelenti, amit a rovaroknál besugárzással érnek el, az optimális sugárdózist pedig nem könnyű eltalálni. Ha a dózis túl kicsi, a hímek termékenyek maradnak, ha túl nagy, az jelentősen legyengíti a bevetendő egyedeket, miközben nincs megbízható módszer a termékeny és a terméketlen egyedek megkülönböztetésére.
A fenti problémákra igyekezett megoldást találni egy brit biotechnológia cég, az Oxitec. Megalkottak egy gyapottok-bagolylepke hernyót egy beépített fluoreszkáló markerrel, amit DsRed-nek neveztek el. A gyapottok-bagolylepke a gyapotültetvények egyik ádáz kártevője, 2002-ben kiirtási kampányt hirdettek ellene az Egyesült Államokban, melynek keretében sterilizált egyedeket is bevetettek. 2006-ban az Oxitec fluoreszkáló bagolylepkéje lett az első genetikailag módosított lény, amit szándékosan engedtek ki a környezetbe.
Háromévnyi sikeres tesztelést követően az USA-ban több mint 20 millió lepkét engedtek szabadon. A módosított lepkék azonban csak a kezdetet jelentették. Amikor az Oxitec alapítója, Luke Alphey az 1990-es években egy kollégájától először tudomást szerzett a sterilrovar technikáról, felismerte, hogy az általa mindennapi kutatásaiban használt molekuláris eszközökkel képes lenne kidolgozni egy jobb alternatívát. Néhány éven belül megalkotta az első utódgyilkos génekkel rendelkező muslicát.
Elméletben a besugárzással, vagyis a kemosterilizálással ellentétben a genetikai megoldás bármilyen fajjal működne. A bagolylepke mellett az Oxitec célba vette az Aedes aegypti szúnyogot, a dengue vírus legfontosabb hordozóját, ami évente 50-100 millió embert fertőz meg a trópusi régiókban. A tünetek általában enyhék, húsz emberből egynél azonban súlyos állapot is kialakulhat. A dengue-láz ellen nincs orvosság, a megelőzés egyetlen módja a szúnyogok irtása, amik egyre ellenállóbbá válnak a rovarirtó szerekkel szemben.
Alphey és munkatársai létrehoztak egy speciális génnel rendelkező A. aegypti törzset. A szóban forgó gén egy idő után meggátolja az utódok fejlődését, viszont hatása az antibiotikumok közé tartozó tetraciklinnel kikapcsolható, ezáltal nagy számú tökéletesen egészséges, az utódokra nézve azonban végzetes génnel rendelkező szúnyog nyerhető. "Rendszerünkkel a szúnyogok eredendően sterilek és egy mesterséges ellenszerrel életben tartahatók" - magyarázta Alphey. A rovarok ugyancsak rendelkeznek az RsRed marker génnel, amivel könnyedén azonosíthatók és nyomon követhetők.
A genetikailag módosított hím egy vadon élő nősténnyel párosodva egészséges petéket rak le, amik ki is kelnek, a lárvák pedig egészen addig normál ütemben fejlődnek, míg el nem érik a báb állapotot, ekkor azonban működésbe lép a gyilkos gén. A késleltetett halál egy felettébb piszkos trükk, mivel a halálra ítélt lárvák ugyanúgy versengenek az erőforrásokért, mint az egészségesek, ezzel is csökkentve a jövendő populáció számát.
2009-ben az Oxitec több környezeti kísérletet is végrehajtott a Kajmán-szigeteken a módosított törzzsel. Az eredmények szerint a génmódosított szúnyogok túlélték a körülményeket és felvették a versenyt a vadon élő hímekkel. Azzal együtt, hogy a teljes populációban az Oxitec szúnyogjai valamivel kevesebb, mint 20 százalékban voltak jelen, a lerakott peték közel 10 százaléka tartalmazta a gyilkos gént, az így elért 50 százalékosnak minősíthető eredmény pedig elegendőnek tűnik a sikerhez. A kísérletet Malajziában is megismételték, ahol ugyancsak jól teljesítettek a genetikailag módosított rovarok.
A brazil kísérlet az előzőeknél jóval nagyobb, Alphey reményei szerint egy teljes méretű kontroll programot indíthatnak útjára, ugyanakkor a kísérlet felnagyítása újabb kihívásokat jelent. A klasszikus steril megoldásnál és a genetikai változatnál is fontos, hogy csak a hímek kerüljenek ki a környezetbe, a laboratóriumi nőstények ugyanis csökkentik annak esélyét, hogy kizárólag a vadon élő populációra gyakoroljanak hatást. Sajnos a nemek szétválogatása egyes fajoknál meglehetősen időigényes. "Ez nagy problémát jelent, ha hetente több millió hímet kellene szabadon engedni" - tette hozzá Mauro Marelli, a Sao Paulo Egyetem epidemológusa, aki az Oxitec-kel közösen dolgozik a brazil kísérleteken.
A cecelégynél általában kézzel történik a szétválogatás, az A. aegypti estében a folyamat egyszerűbb, mivel a nőstény báb jóval nagyobb, mint a hím, vagyis a válogatás automatizálható, ugyanakkor a célra kifejlesztett létesítmény telepítése a szabadon bocsátás helyszínén jelentős költségeket jelent, a kifejlett egyedek szállítása pedig nem megoldható. "A felnőtt szúnyogok rendkívül törékenyek, ezért ha bármilyen térbe bezsúfoljuk azokat, csupa összegubancolódott lábat és szárnyat kapunk, rengeteg fizikai sérüléssel" - mondta Alphey.
A genetikával azonban igen érdekes dolgokat lehet alkotni, például egy olyan szúnyog törzset, aminek a nőstényei nem tudnak repülni. Mindez azon a felfedezésen alapul, mely szerint a nőstény szúnyogok rendelkeznek egy olyan repülőizom proteinnel, amivel a hímek nem. Feltehetőleg ez azért alakult ki, mert a nőstényeknek a kiszívott vér "rakománnyal" kell repülniük, ami jelentős terhelést jelent. A repülésképtelen nőstények nem képesek megtalálni az embereket, hogy táplálkozhassanak belőlük, és a párzásra is alkalmatlanok, szükségtelenné téve a nemek szétválasztását. A megoldással több millió petét küldhetnek a világ bármelyik tájára, ahol éppen szükség van a szúnyogok számának csökkentésére. "Csak egy kis vizet kell hozzáadni és máris kész az instant szúnyog" - mondta Alphey. A kikelő hímek ugyanolyanok lesznek, mint normál társaik, nőstény utódaik azonban öröklik a repülésképtelenséget, míg hím utódaik az Oxitec "adományát" adják tovább.
Az Oxitec a maláriahordozó szúnyogokat is tanulmányozza, ezek azonban nagyobb kihívásnak tűnnek, mint a dengue vírust hordozók. Mindenekelőtt egy adott terület malária fertőzéseiért általában több maláriahordozó faj felel, vagyis minden egyes fajt külön-külön kellene célba venni. Jelen állapotában a maláriahordozó szúnyogokkal szemben az Oxitec módszere közel sem ígérkezik olyan hatékonynak, mint amit az A. egyptivel sikerült elérni, azonban segíthet a helyzet enyhítésében.
Miközben a britek a rovarokra fókuszálnak, több intézet tovább gondolja a technikában rejlő lehetőségeket. "Technikailag nem látom akadályát, hogy a steril rovarok elvét átültessük a gerincesekre" - mondta Ronald Thresher, az ausztrál nemzeti tudományos ügynökségnek, a CSIRO-nak dolgozó ökológus.
Szerinte az autocid megközelítés számos olyan esetben jelentene hosszú távú megoldást, ahol jelenleg jobb esetben is csak részsikereket képesek elérni. Thresher kidolgozott egy módszert egy kizárólag hím utódokat nemző hal megalkotására. Ha elég sokat sikerül ezekből a természetbe juttatni, amik átadják ezt az örökséget a következő generációknak, akkor a virágzó betolakodó populációkból idővel csak egy maroknyi kihalásra ítélt agglegény maradna.
A módszer alapja nem egy gén, hanem egy enzim, ami a nőstény hormonokat biztosítja a halak számára, ha ezt kikapcsolják, az adott faj csak hím utódokat tud létrehozni. Az elvet laboratóriumban is tesztelték, ahol három generáción át sikerült eltolni a nemek arányát a hímek javára. Az ausztrálok az őshonos halak védelmében vetnék be az eljárást a betelepített, az idők során túlságosan elszaporodott pontyokkal szemben. A modellek szerint, ha csupán a populáció 5 százalékát a genetikailag módosított halak tennék ki, akkor is 2030-ra teljes egészében megtisztíthatnák a problémával küszködő hatalmas Murray-Darling folyamterületet.
A módszert a patkányok ellen is alkalmazhatnák, bár ezek nagy számú laboratóriumi szaporítása már komoly munka- és egyéb erőforrások mozgósítását jelentené, ám a költségek mellett a közvélemény reakciója is kétségessé tenné a program sikerét. "Aligha aratna nagy sikert, ha egy városra nagy számban felnőtt hím patkányokat zúdítanánk, legyenek azok sterilek vagy sem " - mondta Alphey.
Mindezekkel együtt az autocid technika tűnik jelenleg a leginkább környezetbarát kártevőirtó módszernek. Elméletileg teljes egészében kipusztítaná a kártékony fajokat, miközben más fajokra nem gyakorolna közvetlen hatást, igaz a módszer hosszú távú környezeti hatásait még nem tanulmányozták. Ugyancsak számolni kell azzal, hogy míg a genetikailag módosított növényeket előnyös tulajdonságokkal ruházzuk fel, itt hátrányos képességeket kapnak az adott fajok, amik a szelekciónak köszönhetően idővel eltűnhetnek a természetben.
A genetikailag módosított termények ellenzői természetesen tiltakoznak, mondván, az autocid fajok számos előre nem látható hatást gyakorolhatnak a vadon élő társaik környezetében élő organizmusokra is. A biológusok többsége szerint azonban minimális bevetésük kockázata. "Tény, hogy valamilyen szabályzást ki kell alakítani a program előrehaladásával párhuzamban, a kockázatok azonban valóban nagyon alacsonyak" - mondta Mark Benedict, az olasz Perugia Egyetem entomológusa, aki számára nagyobb kérdés a költséghatékonyság.
Sokan nyerhetnek a technika sikerén, de a bukásán is. Eddig a legtöbb GM organizmus kevés észlelhető előnyt biztosított a fogyasztóknak, ezért is nagy az ellenállás az alkalmazásukkal szemben, különösen Európában. Ha azonban szemmel látható, esetleg életmentő előnyöket sikerülne felmutatni, mint ahogy a dengue elleni küzdelemben erre jó esélye van az autocid technikának, a vélemények megváltozhatnak, megnyitva az utat más, merészebb genetikai megoldások előtt.
A szóban forgó sereg tagjait "autocideknek" nevezik, egy genetikailag módosított faj, amit azzal a céllal hoztak létre, hogy saját, a természetben előforduló társait elpusztítsa anélkül, hogy más fajokra veszélyt jelentene. Az első célba vett fajok a betegségeket hordozó szúnyogok és a terményeken élősködő hernyók, a módszer azonban elvileg minden állattal működik, a kártékony halaktól és békáktól kezdve a patkányokon át, egészen a nyulakig.Valójában szinte ugyanezt a módszert már sikerrel alkalmazták félévszázaddal ezelőtt is. Az úgynevezett "sterilhím technika" keretében a célba vett kártevőket nagy számban szaporították, sterilizálták, majd a hímeket szabadon engedték. A vadon élő nőstényekkel párosodva a keletkezett peték életképtelenek lettek, fokozatosan kipusztítva a vadon élő populációkat. A megoldást széles körben alkalmazták, és jelentős sikereket könyvelhettek el. Ezzel sikerült kiirtani az Egyesült Államokban a csavarféreg legyet, aminek lárvái befúrják magukat az állatok, sőt akár az ember húsába is, de a cecelégy is ennek a módszernek esett áldozatául Zanzibárban.
A sterilhím technika nem csupán a rovarokra korlátozódott, az amerikai Nagy-tavakban élő betolakodó parazita halakat is ezzel igyekeznek kordában tartani. Nagy előnye a fókuszáltság, mivel csak azokra a fajokra gyakorol hatást, amiket kontrollálni akarunk, ellentétben a kártevőirtó szerekkel, amik számos más fajban, köztük az emberben is kárt tehetnek.
Felmerül a kérdés, hogy miért nem alkalmazzák szélesebb körben a sterilhím technikát? A fő problémát pontosan a sterilizálás jelenti, amit a rovaroknál besugárzással érnek el, az optimális sugárdózist pedig nem könnyű eltalálni. Ha a dózis túl kicsi, a hímek termékenyek maradnak, ha túl nagy, az jelentősen legyengíti a bevetendő egyedeket, miközben nincs megbízható módszer a termékeny és a terméketlen egyedek megkülönböztetésére.
A fenti problémákra igyekezett megoldást találni egy brit biotechnológia cég, az Oxitec. Megalkottak egy gyapottok-bagolylepke hernyót egy beépített fluoreszkáló markerrel, amit DsRed-nek neveztek el. A gyapottok-bagolylepke a gyapotültetvények egyik ádáz kártevője, 2002-ben kiirtási kampányt hirdettek ellene az Egyesült Államokban, melynek keretében sterilizált egyedeket is bevetettek. 2006-ban az Oxitec fluoreszkáló bagolylepkéje lett az első genetikailag módosított lény, amit szándékosan engedtek ki a környezetbe.Háromévnyi sikeres tesztelést követően az USA-ban több mint 20 millió lepkét engedtek szabadon. A módosított lepkék azonban csak a kezdetet jelentették. Amikor az Oxitec alapítója, Luke Alphey az 1990-es években egy kollégájától először tudomást szerzett a sterilrovar technikáról, felismerte, hogy az általa mindennapi kutatásaiban használt molekuláris eszközökkel képes lenne kidolgozni egy jobb alternatívát. Néhány éven belül megalkotta az első utódgyilkos génekkel rendelkező muslicát.
Elméletben a besugárzással, vagyis a kemosterilizálással ellentétben a genetikai megoldás bármilyen fajjal működne. A bagolylepke mellett az Oxitec célba vette az Aedes aegypti szúnyogot, a dengue vírus legfontosabb hordozóját, ami évente 50-100 millió embert fertőz meg a trópusi régiókban. A tünetek általában enyhék, húsz emberből egynél azonban súlyos állapot is kialakulhat. A dengue-láz ellen nincs orvosság, a megelőzés egyetlen módja a szúnyogok irtása, amik egyre ellenállóbbá válnak a rovarirtó szerekkel szemben.
Alphey és munkatársai létrehoztak egy speciális génnel rendelkező A. aegypti törzset. A szóban forgó gén egy idő után meggátolja az utódok fejlődését, viszont hatása az antibiotikumok közé tartozó tetraciklinnel kikapcsolható, ezáltal nagy számú tökéletesen egészséges, az utódokra nézve azonban végzetes génnel rendelkező szúnyog nyerhető. "Rendszerünkkel a szúnyogok eredendően sterilek és egy mesterséges ellenszerrel életben tartahatók" - magyarázta Alphey. A rovarok ugyancsak rendelkeznek az RsRed marker génnel, amivel könnyedén azonosíthatók és nyomon követhetők.
A genetikailag módosított hím egy vadon élő nősténnyel párosodva egészséges petéket rak le, amik ki is kelnek, a lárvák pedig egészen addig normál ütemben fejlődnek, míg el nem érik a báb állapotot, ekkor azonban működésbe lép a gyilkos gén. A késleltetett halál egy felettébb piszkos trükk, mivel a halálra ítélt lárvák ugyanúgy versengenek az erőforrásokért, mint az egészségesek, ezzel is csökkentve a jövendő populáció számát.2009-ben az Oxitec több környezeti kísérletet is végrehajtott a Kajmán-szigeteken a módosított törzzsel. Az eredmények szerint a génmódosított szúnyogok túlélték a körülményeket és felvették a versenyt a vadon élő hímekkel. Azzal együtt, hogy a teljes populációban az Oxitec szúnyogjai valamivel kevesebb, mint 20 százalékban voltak jelen, a lerakott peték közel 10 százaléka tartalmazta a gyilkos gént, az így elért 50 százalékosnak minősíthető eredmény pedig elegendőnek tűnik a sikerhez. A kísérletet Malajziában is megismételték, ahol ugyancsak jól teljesítettek a genetikailag módosított rovarok.
A brazil kísérlet az előzőeknél jóval nagyobb, Alphey reményei szerint egy teljes méretű kontroll programot indíthatnak útjára, ugyanakkor a kísérlet felnagyítása újabb kihívásokat jelent. A klasszikus steril megoldásnál és a genetikai változatnál is fontos, hogy csak a hímek kerüljenek ki a környezetbe, a laboratóriumi nőstények ugyanis csökkentik annak esélyét, hogy kizárólag a vadon élő populációra gyakoroljanak hatást. Sajnos a nemek szétválogatása egyes fajoknál meglehetősen időigényes. "Ez nagy problémát jelent, ha hetente több millió hímet kellene szabadon engedni" - tette hozzá Mauro Marelli, a Sao Paulo Egyetem epidemológusa, aki az Oxitec-kel közösen dolgozik a brazil kísérleteken.
A cecelégynél általában kézzel történik a szétválogatás, az A. aegypti estében a folyamat egyszerűbb, mivel a nőstény báb jóval nagyobb, mint a hím, vagyis a válogatás automatizálható, ugyanakkor a célra kifejlesztett létesítmény telepítése a szabadon bocsátás helyszínén jelentős költségeket jelent, a kifejlett egyedek szállítása pedig nem megoldható. "A felnőtt szúnyogok rendkívül törékenyek, ezért ha bármilyen térbe bezsúfoljuk azokat, csupa összegubancolódott lábat és szárnyat kapunk, rengeteg fizikai sérüléssel" - mondta Alphey.
A genetikával azonban igen érdekes dolgokat lehet alkotni, például egy olyan szúnyog törzset, aminek a nőstényei nem tudnak repülni. Mindez azon a felfedezésen alapul, mely szerint a nőstény szúnyogok rendelkeznek egy olyan repülőizom proteinnel, amivel a hímek nem. Feltehetőleg ez azért alakult ki, mert a nőstényeknek a kiszívott vér "rakománnyal" kell repülniük, ami jelentős terhelést jelent. A repülésképtelen nőstények nem képesek megtalálni az embereket, hogy táplálkozhassanak belőlük, és a párzásra is alkalmatlanok, szükségtelenné téve a nemek szétválasztását. A megoldással több millió petét küldhetnek a világ bármelyik tájára, ahol éppen szükség van a szúnyogok számának csökkentésére. "Csak egy kis vizet kell hozzáadni és máris kész az instant szúnyog" - mondta Alphey. A kikelő hímek ugyanolyanok lesznek, mint normál társaik, nőstény utódaik azonban öröklik a repülésképtelenséget, míg hím utódaik az Oxitec "adományát" adják tovább.
Az Oxitec a maláriahordozó szúnyogokat is tanulmányozza, ezek azonban nagyobb kihívásnak tűnnek, mint a dengue vírust hordozók. Mindenekelőtt egy adott terület malária fertőzéseiért általában több maláriahordozó faj felel, vagyis minden egyes fajt külön-külön kellene célba venni. Jelen állapotában a maláriahordozó szúnyogokkal szemben az Oxitec módszere közel sem ígérkezik olyan hatékonynak, mint amit az A. egyptivel sikerült elérni, azonban segíthet a helyzet enyhítésében.Miközben a britek a rovarokra fókuszálnak, több intézet tovább gondolja a technikában rejlő lehetőségeket. "Technikailag nem látom akadályát, hogy a steril rovarok elvét átültessük a gerincesekre" - mondta Ronald Thresher, az ausztrál nemzeti tudományos ügynökségnek, a CSIRO-nak dolgozó ökológus.
Szerinte az autocid megközelítés számos olyan esetben jelentene hosszú távú megoldást, ahol jelenleg jobb esetben is csak részsikereket képesek elérni. Thresher kidolgozott egy módszert egy kizárólag hím utódokat nemző hal megalkotására. Ha elég sokat sikerül ezekből a természetbe juttatni, amik átadják ezt az örökséget a következő generációknak, akkor a virágzó betolakodó populációkból idővel csak egy maroknyi kihalásra ítélt agglegény maradna.
A módszer alapja nem egy gén, hanem egy enzim, ami a nőstény hormonokat biztosítja a halak számára, ha ezt kikapcsolják, az adott faj csak hím utódokat tud létrehozni. Az elvet laboratóriumban is tesztelték, ahol három generáción át sikerült eltolni a nemek arányát a hímek javára. Az ausztrálok az őshonos halak védelmében vetnék be az eljárást a betelepített, az idők során túlságosan elszaporodott pontyokkal szemben. A modellek szerint, ha csupán a populáció 5 százalékát a genetikailag módosított halak tennék ki, akkor is 2030-ra teljes egészében megtisztíthatnák a problémával küszködő hatalmas Murray-Darling folyamterületet.
 Dr. Luke Alphey |
Mindezekkel együtt az autocid technika tűnik jelenleg a leginkább környezetbarát kártevőirtó módszernek. Elméletileg teljes egészében kipusztítaná a kártékony fajokat, miközben más fajokra nem gyakorolna közvetlen hatást, igaz a módszer hosszú távú környezeti hatásait még nem tanulmányozták. Ugyancsak számolni kell azzal, hogy míg a genetikailag módosított növényeket előnyös tulajdonságokkal ruházzuk fel, itt hátrányos képességeket kapnak az adott fajok, amik a szelekciónak köszönhetően idővel eltűnhetnek a természetben.
A genetikailag módosított termények ellenzői természetesen tiltakoznak, mondván, az autocid fajok számos előre nem látható hatást gyakorolhatnak a vadon élő társaik környezetében élő organizmusokra is. A biológusok többsége szerint azonban minimális bevetésük kockázata. "Tény, hogy valamilyen szabályzást ki kell alakítani a program előrehaladásával párhuzamban, a kockázatok azonban valóban nagyon alacsonyak" - mondta Mark Benedict, az olasz Perugia Egyetem entomológusa, aki számára nagyobb kérdés a költséghatékonyság.
Sokan nyerhetnek a technika sikerén, de a bukásán is. Eddig a legtöbb GM organizmus kevés észlelhető előnyt biztosított a fogyasztóknak, ezért is nagy az ellenállás az alkalmazásukkal szemben, különösen Európában. Ha azonban szemmel látható, esetleg életmentő előnyöket sikerülne felmutatni, mint ahogy a dengue elleni küzdelemben erre jó esélye van az autocid technikának, a vélemények megváltozhatnak, megnyitva az utat más, merészebb genetikai megoldások előtt.
