Генетически модифицированное насекомое - Genetically modified insect

Плодовая муха Drosophila melanogaster, часто используется в исследованиях генетической модификации
Часть серия на
Генная инженерия
Генная инженерия logo.png
 
Генетически модифицированные организмы
История и регулирование
Процесс
Приложения
Споры

А генетически модифицированный (GM) насекомое является насекомое это было генетически модифицированный, либо через мутагенез, или более точные процессы трансгенез, или же цисгенез. Мотивы использования ГМ насекомых включают цели биологических исследований и генетические борьба с вредителями. В борьбе с генетическими вредителями используются последние достижения в области биотехнологии и растущий репертуар секвенированные геномы для борьбы с популяциями вредителей, включая насекомых. Геномы насекомых можно найти в генетических базах данных, таких как NCBI,[1] и базы данных, более специфичные для насекомых, такие как FlyBase,[2] VectorBase,[3] и BeetleBase.[4] В 2011 году была начата инициатива по секвенированию геномов 5000 насекомых и других членистоногих под названием i5k.[5] Немного Чешуекрылые (например. бабочки монарх и тутовые шелкопряды ) были генетически модифицированы осой браковирус.[6]

Типы генетической борьбы с вредителями

В метод стерильных насекомых (SIT) был концептуально разработан в 1930-х и 1940-х годах и впервые использовался в окружающей среде в 1950-х годах.[7][8][9] МСН - это стратегия борьбы, при которой самцы насекомых стерилизуются, обычно с помощью облучения, а затем выпускаются для спаривания с дикими самками. Если выпущено достаточно самцов, самки будут спариваться с в основном бесплодными самцами и откладывать нежизнеспособные яйца. Это приводит к гибели популяции насекомых (численность насекомых чрезвычайно уменьшается), а в некоторых случаях может привести к локальному уничтожению. Облучение - это форма мутагенеза, которая вызывает случайные мутации в ДНК.

Выпуск насекомых-носителей доминантных леталов (RIDL) представляет собой стратегию борьбы с использованием генно-инженерных насекомых, которые имеют (несут) смертельный ген в своем геноме (ДНК организма). Летальные гены вызывают смерть в организме, а гены RIDL убивают только молодых насекомых, обычно личинок или куколок. Подобно тому, как карие глаза преобладают над голубыми, этот летальный ген является доминантным, так что все потомки насекомых RIDL также наследуют летальный ген. Этот смертельный ген имеет молекулярный переключатель, позволяющий выращивать этих насекомых RIDL. Смертельный ген отключается, когда насекомых RIDL массово выращивают в насекомых, и включается, когда они выпускаются в окружающую среду. Самцы и самки RIDL выпускаются для спаривания с дикими самцами, и их потомство умирает, когда достигает стадии личинки или куколки из-за летального гена. Это приводит к гибели популяции насекомых. Этот метод разрабатывается для некоторых насекомых, а для других насекомых были испытаны в полевых условиях. Он использовался на Больших Каймановых островах, в Панаме и Бразилии для борьбы с комарами-переносчиками денге, Ae. аегипти.[10][11][12] Он разрабатывается для использования в моли алмазной (Plutella xylostella),[13][14] средиземноморская муха[15][16] и оливковая муха.[17]

Техника несовместимости с насекомыми (IIT) – Вольбахия

Эффект материнского доминирующего эмбрионального ареста (Медея)

X-измельчитель

Обеспокоенность

Существуют опасения по поводу повседневного использования тетрациклина для контроля экспрессии летальных генов. Есть вероятные пути развития генов устойчивости в бактерии в кишечнике ГМ-насекомых, питающихся тетрациклином, и оттуда широко циркулировать в окружающей среде. Например, гены устойчивости к антибиотикам могут распространяться на Кишечная палочка бактерии и во фрукты ГМ-средиземноморскими плодовыми мушками (Головной цератит ).

Релизы

В январе 2016 года было объявлено, что в ответ на Вспышка вируса Зика, Национальный комитет Бразилии по биобезопасности одобрил выпуск большего количества генетически модифицированных комаров Aedes aegypti по всей стране. Ранее в июле 2015 г. Oxitec опубликовал результаты теста в Жуазейро области Бразилии, так называемых "самоограничивающихся" комаров, для борьбы с вирусами денге, чикунгунья и Зика. Они пришли к выводу, что популяции комаров сократились примерно на 95%.[18][19]

Модифицированные виды

Биологические исследования

  • Плодовые мошки (Drosophila melanogaster ) находятся модельные организмы используется в ряде биологических дисциплин (т. е. нейробиология, популяционная генетика, экология, поведение животных, систематика, геномика, и разработка ).[20][21][22] Многие исследования выполнены с Дрозофила виды были основополагающими в своих соответствующих областях, и они остаются важными моделями для других организмов, включая человека. Например, они способствовали пониманию экономически важных насекомых и исследованию болезней и развития человека.[23][24] Плодовых мушек часто отдают предпочтение перед другими животными из-за их короткого жизненного цикла, скорости воспроизводства, низких требований к содержанию и подверженности мутагенезу. Они также являются модельными генетическими организмами по историческим причинам, являясь одними из первых модельных организмов и имеют высокое качество выполненных работ. геном.

Генетическая борьба с вредителями

Алмазная моль

Алмазная моль

Алмазная моль гусеницы потребляют овощи семейства крестоцветных, такие как капуста, брокколи, цветная капуста и капуста, что обходится фермерам в 5 миллиардов долларов (3,2 миллиарда фунтов стерлингов) в год.[28] В 2015 году Oxitec разработала генетически модифицированных бабочек, которые производят нежизнеспособные личинки самок, чтобы контролировать популяции, способные выработать устойчивость к инсектицидам. Изначально ГМ-насекомые были помещены в клетки для полевых испытаний. Ранее моль была первым вредителем сельскохозяйственных культур, выработавшим устойчивость к ДДТ[29] и в конечном итоге стал устойчивым к 45 другим инсектицидам.[30] В Малайзии моль стала невосприимчивой ко всем синтетическим аэрозолям.[31] Ген представляет собой комбинацию ДНК из вирус и бактерия. В более раннем исследовании содержащиеся в неволе самцы, несущие ген, уничтожили сообщества бабочек без ГМ.[29] Размеры выводков были похожи, но потомство женского пола погибло до воспроизводства. Сам ген исчезает через несколько поколений, что требует постоянного внедрения выращиваемых ГМ самцов. Измененных бабочек можно узнать по их красному свечению под ультрафиолетовый свет, вызванный коралл трансген.[31]

Противники утверждают, что белок, произведенный синтетическим геном, может нанести вред нецелевым организмам, поедающим моль. Создатели утверждают, что тестировали белок гена на комарах, рыбах, жуках, пауках и паразитоиды не наблюдая проблем. Фермеры возле полигона утверждают, что моль может поставить под угрозу близлежащие фермы. органическая сертификация. Юристы говорят, что национальные стандарты органической продукции наказывают только преднамеренное использование ГМО. Создатели утверждают, что моль не мигрирует при наличии достаточного количества пищи и не может пережить зимнюю погоду.[31]

Средиземноморская плодовая муха

Средиземноморская плодовая муха

Средиземноморская плодовая муха - глобальный сельскохозяйственный вредитель. Они поражают широкий спектр сельскохозяйственных культур (более 300), включая дикие фрукты, овощи и орехи, и при этом наносят значительный ущерб.[32] Компания Oxitec разработал ГМ-самцов, у которых есть летальный ген, который прерывает развитие самок и убивает их в процессе, называемом «предкуколочной летальностью самок». Через несколько поколений популяция мух сокращается, поскольку самцы больше не могут находить себе пару. Чтобы развести мух в лаборатории, смертельный ген можно «заглушить» с помощью антибиотика. тетрациклин.[32]

Противники утверждают, что долгосрочные последствия выпуска миллионов GM-мух предсказать невозможно. Мертвые личинки мух могут остаться внутри посевов. Хелен Уоллес из Genewatch, организация, которая следит за использованием генетической технологии, заявила: «Плоды, выращенные с использованием генетически модифицированных мух Oxitec, будут заражены генетически модифицированными личинками, которые генетически запрограммированы на гибель внутри плода, который они должны защищать». Она добавила, что механизм летальности, вероятно, не сработает в долгосрочной перспективе, поскольку ГМ-мухи развивают устойчивость или размножаются на участках, загрязненных тетрациклином, который широко используется в сельском хозяйстве.[32]

Законодательство

В июле 2015 г. Дом лордов (Великобритания) Комитет по науке и технологиям начал расследование возможного использования ГМ-насекомых и связанных с ними технологий. Задача расследования должна включать такие вопросы, как «Выгодно ли фермерам, если бы насекомые были модифицированы для сокращения количества вредителей сельскохозяйственных культур? Каковы этические соображения безопасности и этические аспекты выпуска генетически модифицированных насекомых? Как следует регулировать эту новую технологию?»[33]

Примечания и ссылки

  1. ^ «Национальный центр биотехнологической информации». www.ncbi.nlm.nih.gov. Получено 2016-04-08.
  2. ^ Group, FlyBase Web Development. "Домашняя страница FlyBase". flybase.org. Получено 2016-04-08.
  3. ^ «Добро пожаловать в VectorBase! | VectorBase». www.vectorbase.org. Получено 2016-04-08.
  4. ^ "BeetleBase |". beetlebase.org. Получено 2016-04-08.
  5. ^ "Проект генома 5000 насекомых (i5k) запущен | Энтомологическое общество Америки".
  6. ^ Гасми, Лайла; Булен, Элен; Готье, Джереми; Хуа-Ван, Орели; Мюссе, Карин; Якубовска, Агата К .; Оури, Жан-Марк; Волкова, Энн-Натали; Патрик, Сюзанна (17 сентября 2015 г.). «Рецидивирующая одомашнивание чешуекрылых генов от их паразитов, опосредованных браковирусами». PLOS Genet. 11 (9): e1005470. Дои:10.1371 / journal.pgen.1005470. ISSN  1553-7404. ЧВК  4574769. PMID  26379286.
  7. ^ Hendrichs, J .; Franz, G .; Рендон, П. (1995-01-12). «Повышение эффективности и применимости метода стерильных насекомых путем выпуска только самцов для борьбы со средиземноморскими плодовыми мухами в сезон плодоношения». Журнал прикладной энтомологии. 119 (1–5): 371–377. Дои:10.1111 / j.1439-0418.1995.tb01303.x. ISSN  1439-0418.
  8. ^ Klassen, W .; Кертис, К. Ф. (1 января 2005 г.). Дайк, В. А .; Hendrichs, J .; Робинсон, А.С. (ред.). История техники стерильных насекомых. Springer Нидерланды. С. 3–36. Дои:10.1007/1-4020-4051-2_1. ISBN  9781402040504.
  9. ^ Классен, Вальдемар (01.01.2004). «Техника стерильных насекомых». Энциклопедия энтомологии. Springer Нидерланды. С. 2099–2118. Дои:10.1007/0-306-48380-7_4080. ISBN  9780792386704.
  10. ^ Харрис, Анджела Ф .; Ниммо, Деррик; МакКеми, Эндрю Р .; Келли, Ник; Скайф, Сара; Доннелли, Кристл А.; Бук, Камилла; Петри, Уильям Д .; Алфей, Люк (01.11.2011). «Полевые характеристики инженерных самцов комаров». Природа Биотехнологии. 29 (11): 1034–1037. Дои:10.1038 / nbt.2019. ISSN  1087-0156. PMID  22037376.
  11. ^ Харрис, Анджела Ф .; МакКеми, Эндрю Р .; Ниммо, Деррик; Кертис, Зои; Блэк, Исаак; Morgan, Siân A .; Овьедо, Марко Нейра; Лакруа, Рено; Нейш, Нил (01.09.2012). «Успешное подавление популяции полевых комаров путем длительного выпуска искусственно созданных самцов комаров». Природа Биотехнологии. 30 (9): 828–830. Дои:10.1038 / nbt.2350. ISSN  1087-0156. PMID  22965050.
  12. ^ Карвалью, Данило О .; МакКеми, Эндрю Р .; Гарзиера, Луиза; Лакруа, Рено; Доннелли, Кристл А.; Альфей, Люк; Малаваси, Альдо; Капурро, Маргарет Л. (2015). «Подавление полевой популяции Aedes aegypti в Бразилии путем длительного высвобождения трансгенных самцов комаров». PLOS забытые тропические болезни. 9 (7): e0003864. Дои:10.1371 / journal.pntd.0003864. ЧВК  4489809. PMID  26135160.
  13. ^ Харви-Самуэль, Тим; Муравей, Томас; Гонг, Хунфэй; Моррисон, Нил I; Алфей, Люк (01.05.2014). «Влияние затрат на приспособленность на уровне популяции, связанных с подавляемыми вставками летального трансгена самками в двух насекомых-вредителей». Эволюционные приложения. 7 (5): 597–606. Дои:10.1111 / eva.12159. ISSN  1752-4571. ЧВК  4055180. PMID  24944572.
  14. ^ Харви-Самуэль, Тим; Моррисон, Нил И .; Уокер, Адам С .; Марубби, Теа; Яо, Цзюй; Коллинз, Хильда Л .; Горман, Кевин; Дэвис, Т. Г. Эмир; Алфей, Нина (16.07.2015). «Борьба с вредителями и борьба с устойчивостью путем выпуска насекомых, несущих трансген, выбирающий самцов». BMC Биология. 13 (1): 49. Дои:10.1186 / s12915-015-0161-1. ЧВК  4504119. PMID  26179401.
  15. ^ Leftwich, Филип Т .; Кукиду, Марта; Ремпулакис, Полихронис; Гонг, Хун-Фэй; Захаропулу, Антигони; Фу, Гуолян; Чепмен, Трейси; Экономопулос, Арис; Вонтас, Джон (07.10.2014). «Генетическая ликвидация садковых популяций средиземноморских плодовых мух». Труды Лондонского королевского общества B: биологические науки. 281 (1792): 20141372. Дои:10.1098 / rspb.2014.1372. ISSN  0962-8452. ЧВК  4150327. PMID  25122230.
  16. ^ Гонг, Пэн; Эптон, Мэтью Дж .; Фу, Гуолян; Скайф, Сара; Хискокс, Александра; Кондон, Кирсти С.; Кондон, Джордж С .; Моррисон, Нил И .; Келли, Дэвид В. (2005-04-01). «Доминирующая летальная генетическая система для самоцидного контроля средиземноморской плодовой мухи». Природа Биотехнологии. 23 (4): 453–456. Дои:10.1038 / nbt1071. ISSN  1087-0156. PMID  15750586.
  17. ^ Муравей, Томас; Кукиду, Марта; Ремпулакис, Полихронис; Гонг, Хун-Фэй; Экономопулос, Арис; Вонтас, Джон; Алфей, Люк (19.06.2012). «Борьба с плодовой мушкой оливы с использованием метода стерильных насекомых с улучшенной генетикой». BMC Биология. 10 (1): 51. Дои:10.1186/1741-7007-10-51. ЧВК  3398856. PMID  22713628.
  18. ^ «Вот как ГМ-комары с генами« самоуничтожения »могут спасти нас от вируса Зика». Вашингтон Пост. 2016.
  19. ^ «Пресс-релиз: Oxitec против комаров борется с Aedes aegypti в горячей точке денге». Oxitec. 2015. Архивировано с оригинал на 2016-02-03. Получено 2016-01-29.
  20. ^ Пауэлл, Джеффри Р. (1 января 1997 г.). Прогресс и перспективы эволюционной биологии: модель дрозофилы. Издательство Оксфордского университета. ISBN  9780195076912.
  21. ^ Соколовски, Марла Б. (2001-11-01). «Дрозофила: генетика встречается с поведением». Природа Обзоры Генетика. 2 (11): 879–890. Дои:10.1038/35098592. ISSN  1471-0056. PMID  11715043.
  22. ^ Клайн, Питер Дж .; Warr, Coral G .; Freeman, Marc R .; Лессинг, Дерек; Ким, Чунхён; Карлсон, Джон Р. (1999-02-01). «Новое семейство дивергентных семи-трансмембранных белков: кандидатные рецепторы запаха у дрозофилы». Нейрон. 22 (2): 327–338. Дои:10.1016 / S0896-6273 (00) 81093-4. PMID  10069338.
  23. ^ Рейтер, Лоуренс Т .; Потоцкий, Лотарингия; Чиен, Сэм; Грибсков Михаил; Бир, Итан (2001-06-01). «Систематический анализ последовательностей генов, ассоциированных с заболеваниями человека, у Drosophila melanogaster». Геномные исследования. 11 (6): 1114–1125. Дои:10.1101 / гр.169101. ISSN  1088-9051. ЧВК  311089. PMID  11381037.
  24. ^ Chintapalli, Venkateswara R .; Ван, Цзин; Доу, Джулиан А. Т. (01.06.2007). «Использование FlyAtlas для определения лучших моделей болезней человека у Drosophila melanogaster». Природа Генетика. 39 (6): 715–720. Дои:10,1038 / ng2049. ISSN  1061-4036. PMID  17534367.
  25. ^ Хаммонд, Эндрю; Галици, Роберто; Киро, Кирос; Симони, Алекос; Синискальчи, Карла; Кацанос, Димитрис; Гриббл, Мэтью; Бейкер, декан; Маруа, Эрик (07.12.2015). «Система управления геном CRISPR-Cas9, нацеленная на размножение самок в переносчике малярийных комаров Anopheles gambiae». Природа Биотехнологии. 34 (1): 78–83. Дои:10.1038 / nbt.3439. ISSN  1546-1696. ЧВК  4913862. PMID  26641531.
  26. ^ Робертс, Мишель (24 ноября 2015 г.). «Комары-мутанты противостоят малярии'". BBC News Health. Получено 24 ноября 2015.
  27. ^ Ганц, Валентино М .; и другие. (26 октября 2015 г.). «Высокоэффективный Cas9-опосредованный генный драйв для популяционной модификации москита-переносчика малярии Anopheles stephensi». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 112 (49): E6736–43. Дои:10.1073 / pnas.1521077112. ЧВК  4679060. PMID  26598698. Получено 24 ноября 2015.
  28. ^ Ты, Миншенг; Юэ, Чжэнь; Он, Вэйи; Ян, Синьхуа; Ян, Гуан; Се, Мяо; Чжань, Дунлян; Бакстер, Саймон У .; Вассер, Литт (01.02.2013). «Гетерозиготный геном моли дает представление о травоядности и детоксикации». Природа Генетика. 45 (2): 220–225. Дои:10,1038 / нг.2524. ISSN  1061-4036. PMID  23313953.
  29. ^ а б Харви-Самуэль, Тим; Моррисон, Нил И .; Уокер, Адам С .; Марубби, Теа; Яо, Цзюй; Коллинз, Хильда Л .; Горман, Кевин; Дэвис, Т. Ге; Алфей, Нина (2015). «Борьба с вредителями и борьба с устойчивостью путем выпуска насекомых, несущих трансген, выбирающий самцов». BMC Биология. 13 (1): 49. Дои:10.1186 / s12915-015-0161-1. ISSN  1741-7007. ЧВК  4504119. PMID  26179401.
  30. ^ Мията, Тадаши; Сайто, Тецуо; Ноппун, Вирапонг. «Исследования механизма устойчивости к инсектицидам плодовой моли» (PDF). Лаборатория прикладной энтомологии и нематологии сельскохозяйственного факультета Нагойского университета. Проверено сентябрь 2015 г.. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь); Проверить значения даты в: | accessdate = (помощь)
  31. ^ а б c Пауэлл, Девин (31 августа 2015 г.). «Замена пестицидов генетикой». Нью-Йорк Таймс. Проверено сентябрь 2015 г.. Проверить значения даты в: | accessdate = (помощь)
  32. ^ а б c Хогенбум, М. (14 августа 2015 г.). «Генетически модифицированные мухи» могут спасти урожай'". BBC. Получено 12 сентября, 2015.
  33. ^ «Генетически модифицированные насекомые - предмет нового расследования лордов». www.par Parliament.co.uk. 20 июля 2015 г.. Получено 11 сентября, 2015.

Смотрите также

внешняя ссылка