Генетически модифицированное насекомое
Часть серии о |
Генная инженерия |
---|
Генетически модифицированные организмы |
История и регулирование |
Процесс |
Приложения |
Споры |
Генетически модифицированное ( ГМ ) насекомое – это насекомое , которое было генетически модифицировано либо посредством мутагенеза , либо более точных процессов трансгенеза , или цисгенеза . Мотивами использования ГМ-насекомых являются цели биологических исследований и генетическая борьба с вредителями . Генетическая борьба с вредителями использует последние достижения в области биотехнологии и растущий набор секвенированных геномов для контроля популяций 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] ВекторБаза, [3] и БитлБейс. [4] В 2011 году стартовала инициатива по секвенированию геномов 5000 насекомых и других членистоногих под названием i5k. [5] Некоторые чешуекрылые (например, бабочки-монархи и шелкопряды ) были генетически модифицированы в природе браковирусом осы . [6]
Виды борьбы с генетическими вредителями
[ редактировать ]Метод стерильных насекомых (МСН) был концептуально разработан в 1930-х и 1940-х годах и впервые использован в окружающей среде в 1950-х годах. [7] [8] [9] МСН — это стратегия борьбы, при которой самцов насекомых стерилизуют, обычно путем облучения, а затем выпускают для спаривания с дикими самками. Если выпустить достаточное количество самцов, самки будут спариваться в основном с стерильными самцами и откладывать нежизнеспособные яйца. Это приводит к резкому сокращению популяции насекомых (чрезвычайно уменьшается численность насекомых), а в некоторых случаях может привести к локальному уничтожению. Облучение — это форма мутагенеза, вызывающая случайные мутации в ДНК.
Выпуск насекомых-носителей доминантно-летальных исходов (RIDL)
[ редактировать ]Выпуск насекомых-носителей доминантных леталей или RIDL — это стратегия контроля с использованием генетически модифицированных насекомых, которые имеют (несут) летальный ген в своем геноме (ДНК организма). Летальные гены вызывают смерть организма, а гены RIDL убивают только молодых насекомых, обычно личинок или куколок. Подобно тому, как наследование карих глаз доминирует над голубыми глазами, этот летальный ген является доминантным, поэтому все потомки насекомых RIDL также унаследуют летальный ген. Этот смертельный ген имеет молекулярный переключатель включения и выключения, позволяющий выращивать этих насекомых RIDL. Летальный ген выключается, когда насекомых RIDL массово выращивают в инсектарии, и включается, когда их выпускают в окружающую среду. Самцов и самок RIDL выпускают для спаривания с дикими самцами, а их потомство умирает, когда оно достигает стадии личинки или куколки, из-за летального гена. Это приводит к сокращению популяции насекомых. Этот метод разрабатывается для некоторых насекомых, а для других насекомых он опробован в полевых условиях. Его использовали на Больших Каймановых островах, в Панаме и Бразилии для борьбы с комарами-переносчиками лихорадки денге. Ае. Египта [10] [11] [12] Он разрабатывается для использования в борьбе с ромбовидной молью ( Plutella xylostella ). [13] [14] медуза ( Ceratitis capitata ) [15] [16] и оливковая муха ( Bactrocera oleae ). [17]
Техника несовместимых насекомых (IIT)
[ редактировать ]Доминантный эмбриональный арест по материнскому эффекту (MEDEA)
[ редактировать ]Икс-Шредер
[ редактировать ]Обеспокоенность
[ редактировать ]Существуют опасения по поводу регулярного использования тетрациклина для контроля экспрессии летальных генов. Существуют вероятные пути развития генов устойчивости в бактериях в кишечнике ГМ-насекомых, питающихся тетрациклином, и оттуда они широко циркулируют в окружающей среде. Например, гены устойчивости к антибиотикам могут передаваться бактериям E. coli и плодам ГМ-средиземноморскими плодовыми мухами ( Ceratitis capitata ).
Релизы
[ редактировать ]Oxitec выпустила свои генетически модифицированные продукты в различные страны, включая Бразилию , Большой Кайман , Малайзию , Панаму и США .
Модифицированные виды
[ редактировать ]Этот раздел нуждается в расширении . Вы можете помочь, добавив к нему . ( сентябрь 2013 г. ) |
Биологические исследования
[ редактировать ]- Плодовые мухи ( Drosophila melanogaster ) — модельные организмы, используемые во множестве биологических дисциплин (например, нейробиологии , популяционной генетики , экологии , поведения животных , систематики , геномики и развития ). [18] [19] [20] Многие исследования, проведенные с видами дрозофилы , имели основополагающее значение в своих областях и остаются важными моделями для других организмов, включая человека. Например, они внесли свой вклад в понимание экономически важных насекомых и исследование болезней и развития человека. [21] [22] Плодовых мух часто предпочитают другим животным из-за их короткого жизненного цикла, скорости размножения, низких требований к содержанию и способности к мутагенезу. Они также являются модельными генетическими организмами по историческим причинам, будучи одними из первых модельных организмов и обладающими высококачественным законченным геномом .
Генетическая борьба с вредителями
[ редактировать ]- Комар желтой лихорадки ( Aedes aegypti )
- Малярийный комар ( Anopheles gambiae и Anopheles Stephensi ) [23] [24] [25]
- Розовый коробчатый червь ( Pectinophora gossypiella )
Алмазная моль
[ редактировать ]ромбовидной моли Гусеницы поедают овощи семейства крестоцветных, такие как капуста, брокколи, цветная капуста и листовая капуста, что обходится фермерам во всем мире примерно в 5 миллиардов долларов (3,2 миллиарда фунтов стерлингов) в год. [26] В 2015 году компания Oxitec разработала ГМ-алмазную моль, которая производит нежизнеспособные женские личинки, для контроля популяций, способных развить устойчивость к инсектицидам. ГМ-насекомые первоначально были помещены в клетки для полевых испытаний. Ранее моль была первым вредителем сельскохозяйственных культур, развившим устойчивость к ДДТ. [27] и в конечном итоге стал устойчивым к 45 другим инсектицидам. [28] В Малайзии моль приобрела иммунитет ко всем синтетическим спреям. [29] Ген представляет собой комбинацию ДНК вируса и бактерии . В более раннем исследовании содержащиеся в неволе самцы, несущие этот ген, уничтожили сообщества бабочек, не являющихся ГМ. [27] Размеры выводка были одинаковыми, но потомство самок погибло, не успев размножиться. Сам ген исчезает через несколько поколений, что требует постоянного внедрения генетически модифицированных самцов. Модифицированных мотыльков можно идентифицировать по их красному свечению в ультрафиолетовом свете , вызванному трансгеном коралла . [29]
Противники утверждают, что белок, вырабатываемый синтетическим геном, может нанести вред нецелевым организмам, поедающим моль. Создатели утверждают, что протестировали белок гена на комарах, рыбах, жуках, пауках и паразитоидах, не наблюдая проблем. близлежащих ферм Фермеры, расположенные рядом с испытательным полигоном, утверждают, что моль может поставить под угрозу органическую сертификацию . Эксперты по правовым вопросам утверждают, что национальные органические стандарты наказывают только преднамеренное использование ГМО. Создатели утверждают, что мотылек не мигрирует при наличии достаточного количества пищи и не может пережить зимнюю погоду. [29]
Средиземноморская плодовая мушка
[ редактировать ]Средиземноморская плодовая мушка — глобальный сельскохозяйственный вредитель. Они поражают широкий спектр сельскохозяйственных культур (более 300), включая дикорастущие фрукты, овощи и орехи, и при этом наносят существенный ущерб. [30] Компания Oxitec разработала ГМ-самцов, у которых есть летальный ген, который прерывает развитие самок и убивает их в процессе, называемом «предкуколочная летальность самок». Через несколько поколений популяция мух уменьшается, поскольку самцы больше не могут находить себе пару. Чтобы развести мух в лаборатории, летальный ген можно «заглушить» с помощью антибиотика тетрациклина . [30]
Оппоненты утверждают, что долгосрочные последствия выпуска миллионов ГМ-мух предсказать невозможно. Мертвые личинки мух могут оставаться внутри сельскохозяйственных культур. Хелен Уоллес из Genewatch , организации, которая контролирует использование генетических технологий, заявила: «Фрукты, выращенные с использованием ГМ-мух Oxitec, будут заражены ГМ-личинками, которые генетически запрограммированы умирать внутри фруктов, которые они должны защищать». Она добавила, что механизм летальности, скорее всего, потерпит неудачу в долгосрочной перспективе, поскольку ГМ-мухи развивают устойчивость или размножаются на участках, загрязненных тетрациклином, который широко используется в сельском хозяйстве. [30]
Законодательство
[ редактировать ]В июле 2015 года Комитет по науке и технологиям Палаты лордов (Великобритания) начал расследование возможного использования ГМ-насекомых и связанных с ними технологий. В сферу исследования должны входить такие вопросы, как «Выиграют ли фермеры, если насекомых модифицируют с целью уменьшения количества вредителей сельскохозяйственных культур? Каковы проблемы безопасности и этики в связи с выпуском генетически модифицированных насекомых? Как следует регулировать эту новую технологию?» [31]
Примечания и ссылки
[ редактировать ]- ^ «Национальный центр биотехнологической информации» . www.ncbi.nlm.nih.gov . Проверено 8 апреля 2016 г.
- ^ Группа, Веб-разработка FlyBase. «Домашняя страница FlyBase» . www.flybase.org . Проверено 8 апреля 2016 г.
- ^ «Добро пожаловать в VectorBase! | VectorBase» . www.vectorbase.org . Проверено 8 апреля 2016 г.
- ^ "БитлБейс |" . beetlebase.org . Архивировано из оригинала 01 марта 2016 г. Проверено 8 апреля 2016 г.
- ^ «Запущен проект по геному 5000 насекомых (i5k) | Энтомологическое общество Америки» . Архивировано из оригинала 29 марта 2016 г. Проверено 8 апреля 2016 г.
- ^ Гасми, Лейла; Булен, Элен; Готье, Джереми; Хуа-Ван, Орели; Мюссе, Карин; Якубовская, Агата К.; Ори, Жан-Марк; Волков, Анн-Натали; Патрик, Сюзанна (17 сентября 2015 г.). «Периодическое одомашнивание чешуекрылыми генов их паразитов, опосредованное браковирусами» . ПЛОС Генет . 11 (9): e1005470. дои : 10.1371/journal.pgen.1005470 . ISSN 1553-7404 . ПМЦ 4574769 . ПМИД 26379286 .
- ^ Хендрикс, Дж.; Франц, Г.; Рендон, П. (12 января 1995 г.). «Повышение эффективности и применимости метода стерильных насекомых за счет выпуска только самцов для борьбы со средиземноморскими плодовыми мухами в периоды плодоношения». Журнал прикладной энтомологии . 119 (1–5): 371–377. дои : 10.1111/j.1439-0418.1995.tb01303.x . ISSN 1439-0418 . S2CID 84916830 .
- ^ Классен, В.; Кертис, CF (01 января 2005 г.). Дайк, Вирджиния; Хендрикс, Дж.; Робинсон, А.С. (ред.). История метода стерильных насекомых . Спрингер Нидерланды. стр. 3–36. дои : 10.1007/1-4020-4051-2_1 . ISBN 9781402040504 . S2CID 82423416 .
- ^ Классен, Вальдемар (1 января 2004 г.). «Техника стерильных насекомых». Энциклопедия энтомологии . Спрингер Нидерланды. стр. 2099–2118. дои : 10.1007/0-306-48380-7_4080 . hdl : 20.500.12657/43144 . ISBN 9780792386704 .
- ^ Харрис, Анджела Ф.; Ниммо, Деррик; Маккеми, Эндрю Р.; Келли, Ник; Скейф, Сара; Доннелли, Кристл А .; Бич, Камилла; Петри, Уильям Д.; Алфи, Люк (1 ноября 2011 г.). «Полевые испытания искусственно созданных самцов комаров». Природная биотехнология . 29 (11): 1034–1037. дои : 10.1038/nbt.2019 . ISSN 1087-0156 . ПМИД 22037376 . S2CID 30862975 .
- ^ Харрис, Анджела Ф.; Маккеми, Эндрю Р.; Ниммо, Деррик; Кертис, Зоя; Блэк, Исаак; Морган, Сиан А.; Овьедо, Марко Нейра; Лакруа, Рено; Нэйш, Нил (1 сентября 2012 г.). «Успешное подавление популяции полевых комаров путем устойчивого выпуска искусственно созданных самцов комаров». Природная биотехнология . 30 (9): 828–830. дои : 10.1038/nbt.2350 . ISSN 1087-0156 . ПМИД 22965050 . S2CID 5294364 .
- ^ Карвалью, Данило О.; Маккеми, Эндрю Р.; Гарсьера, Луиза; Лакруа, Рено; Доннелли, Кристл А .; Алфи, Люк; Малаваси, Альдо; Капурро, Маргарет Л. (2015). «Подавление полевой популяции Aedes aegypti в Бразилии путем устойчивого выпуска трансгенных самцов комаров» . PLOS Забытые тропические болезни . 9 (7): e0003864. дои : 10.1371/journal.pntd.0003864 . ПМЦ 4489809 . ПМИД 26135160 .
- ^ Харви-Сэмюэл, Тим; Муравей, Томас; Гун, Хунфэй; Моррисон, Нил I; Алфи, Люк (1 мая 2014 г.). «Влияние затрат на приспособленность на популяционном уровне, связанных с подавляемыми вставками смертоносных для самок трансгенов у двух насекомых-вредителей» . Эволюционные приложения . 7 (5): 597–606. дои : 10.1111/eva.12159 . ISSN 1752-4571 . ПМК 4055180 . ПМИД 24944572 .
- ^ Харви-Сэмюэл, Тим; Моррисон, Нил И.; Уокер, Адам С.; Марубби, Тея; Яо, Цзюй; Коллинз, Хильда Л.; Горман, Кевин; Дэвис, Т.Г. Эмир; Алфей, Нина (16 июля 2015 г.). «Борьба с вредителями и управление устойчивостью посредством выпуска насекомых, несущих трансген, отбирающий самцов» . БМК Биология . 13 (1): 49. дои : 10.1186/s12915-015-0161-1 . ПМЦ 4504119 . ПМИД 26179401 .
- ^ Лефтвич, Филип Т.; Кукидо, Марта; Ремпулакис, Полихронис; Гонг, Хун-Фей; Захаропулу, Антигони; Фу, Голян; Чепмен, Трейси; Экономопулос, Арис; Вонтас, Джон (07 октября 2014 г.). «Генетическая ликвидация клеточных популяций средиземноморских плодовых мух» . Труды Лондонского королевского общества B: Биологические науки . 281 (1792): 20141372. doi : 10.1098/rspb.2014.1372 . ISSN 0962-8452 . ПМК 4150327 . ПМИД 25122230 .
- ^ Гонг, Пэн; Эптон, Мэтью Дж.; Фу, Голян; Скейф, Сара; Хискокс, Александра; Кондон, Кирсти С.; Кондон, Джордж К.; Моррисон, Нил И.; Келли, Дэвид В. (1 апреля 2005 г.). «Доминантная летальная генетическая система для автоцидного контроля над средиземноморской плодовой мухой». Природная биотехнология . 23 (4): 453–456. дои : 10.1038/nbt1071 . ISSN 1087-0156 . ПМИД 15750586 . S2CID 30010260 .
- ^ Муравей, Томас; Кукидо, Марта; Ремпулакис, Полихронис; Гонг, Хун-Фей; Экономопулос, Арис; Вонтас, Джон; Алфи, Люк (19 июня 2012 г.). «Борьба с оливковой плодовой мухой с использованием генетического метода стерильных насекомых» . БМК Биология . 10 (1): 51. дои : 10.1186/1741-7007-10-51 . ПМК 3398856 . ПМИД 22713628 .
- ^ Пауэлл, Джеффри Р. (1 января 1997 г.). Прогресс и перспективы эволюционной биологии: модель дрозофилы . Издательство Оксфордского университета. ISBN 9780195076912 .
- ^ Соколовски, Марла Б. (1 ноября 2001 г.). «Дрозофила: генетика встречается с поведением». Обзоры природы Генетика . 2 (11): 879–890. дои : 10.1038/35098592 . ISSN 1471-0056 . ПМИД 11715043 . S2CID 13152094 .
- ^ Клайн, Питер Дж.; Уорр, Корал Г.; Фриман, Марк Р.; Лессинг, Дерек; Ким, Чунхён; Карлсон, Джон Р. (1 февраля 1999 г.). «Новое семейство дивергентных семитрансмембранных белков: кандидаты в рецепторы запаха у дрозофилы» . Нейрон . 22 (2): 327–338. дои : 10.1016/S0896-6273(00)81093-4 . ПМИД 10069338 .
- ^ Райтер, Лоуренс Т.; Потоцкий, Лотарингия; Чиен, Сэм; Грибсков, Михаил; Бир, Итан (1 июня 2001 г.). «Систематический анализ последовательностей генов, связанных с заболеваниями человека, у Drosophila melanogaster» . Геномные исследования . 11 (6): 1114–1125. дои : 10.1101/гр.169101 . ISSN 1088-9051 . ПМК 311089 . ПМИД 11381037 .
- ^ Чинтапалли, Венкатешвара Р.; Ван, Цзин; Доу, Джулиан А.Т. (1 июня 2007 г.). «Использование FlyAtlas для выявления лучших моделей заболеваний человека у Drosophila melanogaster». Природная генетика . 39 (6): 715–720. дои : 10.1038/ng2049 . ISSN 1061-4036 . ПМИД 17534367 . S2CID 28160021 .
- ^ Хаммонд, Эндрю; Гализи, Роберто; Киру, Кирос; Симони, Алекос; Синискальки, Карла; Кацанос, Димитрис; Гриббл, Мэтью; Бейкер, Дин; Маруа, Эрик (07 декабря 2015 г.). «Система генного драйва CRISPR-Cas9, направленная на воспроизводство самок у комаров-переносчиков малярии Anopheles gambiae» . Природная биотехнология . 34 (1): 78–83. дои : 10.1038/nbt.3439 . ISSN 1546-1696 . ПМЦ 4913862 . ПМИД 26641531 .
- ^ Робертс, Мишель (24 ноября 2015 г.). «Комары-мутанты «устойчивы к малярии» » . BBC News Здоровье . Проверено 24 ноября 2015 г.
- ^ Ганц, Валентино М.; и др. (26 октября 2015 г.). «Высокоэффективный генный драйв, опосредованный Cas9, для модификации популяции комара-переносчика малярии Anopheles Stephensi» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 112 (49): E6736–43. Бибкод : 2015PNAS..112E6736G . дои : 10.1073/pnas.1521077112 . ПМК 4679060 . ПМИД 26598698 .
- ^ Ты, Миншэн; Юэ, Чжэнь; Он, Вэйи; Ян, Синьхуа; Ян, Гуан; Се, Мяо; Чжан, Дунлян; Бакстер, Саймон В.; Вассёр, Льетт (01 февраля 2013 г.). «Гетерозиготный геном бабочки дает представление о травоядности и детоксикации» . Природная генетика . 45 (2): 220–225. дои : 10.1038/ng.2524 . hdl : 2440/80359 . ISSN 1061-4036 . ПМИД 23313953 .
- ^ Перейти обратно: а б Харви-Сэмюэл, Тим; Моррисон, Нил И.; Уокер, Адам С.; Марубби, Тея; Яо, Цзюй; Коллинз, Хильда Л.; Горман, Кевин; Дэвис, Т. Ге; Алфей, Нина (2015). «Борьба с вредителями и управление устойчивостью посредством выпуска насекомых, несущих трансген, отбирающий самцов» . БМК Биология . 13 (1): 49. дои : 10.1186/s12915-015-0161-1 . ISSN 1741-7007 . ПМК 4504119 . ПМИД 26179401 .
- ^ Мията, Тадаши; Сайто, Тецуо; Ноппун, Вирапонг, Исследования механизма устойчивости ромбовидной моли к инсектицидам (PDF) , Лаборатория прикладной энтомологии и нематологии, факультет сельского хозяйства, Университет Нагои, заархивировано из оригинала (PDF) 15 июня 2012 г. , получено 7 сентября, 2015 год
- ^ Перейти обратно: а б с Пауэлл, Девин (31 августа 2015 г.). «Замена пестицидов генетикой» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 7 сентября 2015 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Хогенбум, М. (14 августа 2015 г.). «Генетически модифицированные мухи «могут спасти урожай» » . Би-би-си . Проверено 12 сентября 2015 г.
- ^ «Генетически модифицированные насекомые являются объектом расследования новых лордов» . www.parliament.co.uk. 20 июля 2015 года . Проверено 11 сентября 2015 г.
См. также
[ редактировать ]- Наследственная стерильность у насекомых
- Список испытаний технологий стерильных насекомых
- Экология насекомых
- Обнаружение генетически модифицированных организмов
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Виртуальная лаборатория трансгенных мух - Медицинский институт Говарда Хьюза BioInteractive
- Вентворт, Джонатан (04 ноября 2014 г.), ГМ-насекомые и контроль заболеваний , Парламентское управление науки и технологий, заархивировано из оригинала 28 февраля 2016 г. , получено 20 ноября 2014 г.