Naukowcy wykorzystują CRISPR, aby zwiększyć odporność kurczaków na ptasią grypę

Według strony internetowej Science Daily naukowcy zastosowali technikę edycji genów znaną jako CRISPR do wyhodowania kurczaków wykazujących pewną odporność na ptasią grypę. Nowe badanie We wtorek opublikowano je w czasopiśmie Nature Communications.

Z badania wynika, że ​​inżynieria genetyczna może być jednym z narzędzi pozwalających zmniejszyć liczbę ofiar ptasiej grypy – grupy wirusów stwarzających poważne zagrożenie zarówno dla zwierząt, jak i ludzi. Jednak badanie podkreśla również potencjalne ograniczenia i ryzyko związane z tym podejściem – twierdzą naukowcy.

Naukowcy odkryli, że nadal zdarzają się przełomowe infekcje, zwłaszcza gdy genetycznie zmodyfikowane kurczęta są narażone na bardzo wysokie dawki wirusa. Kiedy naukowcy zmodyfikowali tylko jeden gen kurczaka, wirus szybko się przystosował. Autorzy badania stwierdzili, że odkrycia sugerują, że produkcja kurczaków odpornych na grypę będzie wymagała modyfikacji wielu genów i że naukowcy będą musieli postępować ostrożnie, aby uniknąć dalszej ewolucji wirusa.

Badanie „dowodzi słuszności koncepcji, że możemy podjąć kroki w kierunku uodpornienia kurczaków na wirusa” – powiedziała na konferencji prasowej Wendy Barclay, wirusolog z Imperial College w Londynie i autorka badania. – Ale jeszcze tam nie jesteśmy.

Niektórzy naukowcy, którzy nie byli zaangażowani w badania, mieli odmienne zdanie.

„To doskonałe badanie” – stwierdziła dr Carol Cardona, ekspertka ds. ptasiej grypy i zdrowia ptaków na Uniwersytecie w Minnesocie. Jednak zdaniem dr Cardony wyniki pokazują, jak trudno jest hodować kurczaki, które będą o krok przed grypą – wirusem znanym ze swojej zdolności do szybkiej ewolucji.

„Nie ma prostego leku na grypę” – stwierdziła dr Cardona. „Rozmnaża się szybko i szybko się przystosowuje”.

Ptasia grypa odnosi się do grupy wirusów grypy, które zostały przystosowane do rozprzestrzeniania się wśród ptaków. W ciągu ostatnich kilku lat wysoce śmiercionośna wersja wirusa ptasiej grypy, znana jako H5N1, szybko rozprzestrzeniła się na całym świecie, zabijając niezliczone dzikie i hodowlane ptaki. Wirus wielokrotnie zarażał także dzikie ssaki i został wykryty u niewielkiej liczby osób. Chociaż wirus jest nadal przystosowany do ptaków, naukowcy obawiają się, że może nabyć mutacje, które ułatwią mu rozprzestrzenianie się między ludźmi, co może doprowadzić do pandemii.

Wiele krajów próbowało wyeliminować wirusa poprzez zwiększenie bezpieczeństwa biologicznego w gospodarstwach, poddawanie zakażonych budynków kwarantannie i ubój zakażonych stad. Jednak wirus tak się rozprzestrzenił wśród dzikiego ptactwa, że ​​jego powstrzymanie okazało się niemożliwe, w związku z czym niektóre kraje rozpoczęły szczepienie drobiu, choć przedsięwzięcie to wiąże się z pewnymi wyzwaniami logistycznymi i ekonomicznymi.

Gdyby naukowcom udało się wywołać oporność u kurcząt, rolnicy nie musieliby rutynowo szczepić nowych grup ptaków. Mike McGraw, embriolog z Instytutu Roslin na Uniwersytecie w Edynburgu i autor nowego badania, powiedział na konferencji prasowej, że edycja genów „obiecuje nowy sposób na wprowadzenie trwałych zmian w odporności zwierząt na choroby”. „Może to zostać przeniesione przez wszystkie genetycznie zmodyfikowane zwierzęta na całe ich potomstwo”.

CRISPR, technologia edycji genów zastosowana w badaniu, to narzędzie molekularne, które umożliwia naukowcom dokonywanie ukierunkowanych zmian w DNA, zmieniając kod genetyczny w określonym punkcie genomu. W nowym badaniu naukowcy wykorzystali to podejście do zmodyfikowania genu kurczaka kodującego białko znane jako ANP32A, które wirus grypy przejmuje i kopiuje. Modyfikacje mają na celu zapobieganie przyczepianiu się wirusa do białka, a tym samym zapobieganiu jego namnażaniu się wewnątrz kurczaka.

Naukowcy stwierdzili, że modyfikacje nie wydają się mieć negatywnych skutków zdrowotnych dla kurcząt. „Zauważyliśmy, że były zdrowe, a genetycznie zmodyfikowane kury normalnie składały jaja” – powiedziała dr Aliu Idoko Akoh, która prowadziła badania jako pracownik naukowy ze stopniem doktora na Uniwersytecie w Edynburgu.

Następnie naukowcy wstrzyknęli dawkę wirusa grypy do jam nosowych 10 kurczaków, które nie zostały zmodyfikowane genetycznie, aby służyć jako kontrola. (Naukowcy zastosowali łagodną wersję wirusa, różniącą się od tej, która powodowała powszechne epidemie w ostatnich latach). Wszystkie kurczęta kontrolne zostały zakażone wirusem, a następnie przeniosły go na inne kurczęta kontrolne, które były z nimi trzymane.

Kiedy naukowcy wstrzyknęli wirusa grypy bezpośrednio do jam nosowych 10 genetycznie zmodyfikowanych kurczaków, tylko jeden ptak został zakażony. Zawierał niski poziom wirusa i nie spowodował przeniesienia wirusa na inne genetycznie zmodyfikowane ptaki.

„Ale kiedy to zobaczyliśmy, poczuliśmy, że należałoby zastosować bardziej rygorystyczne przepisy, przetestować to i zadać pytanie: «Czy te kurczęta są naprawdę oporne?»” – powiedział dr Barkley. „A co by było, gdyby w jakiś sposób napotkały znacznie wyższą dawkę?”

Kiedy naukowcy podali genetycznie zmodyfikowanym kurczakom tysiąckrotnie większą dawkę grypy, połowa ptaków została zarażona. Jednak naukowcy odkryli, że generalnie wydalają one niższy poziom wirusa niż kurczęta z grupy narażonej na tę samą wysoką dawkę.

Następnie naukowcy zbadali próbki wirusa pochodzące od genetycznie zmodyfikowanych ptaków, które zostały zakażone. Odkryli, że próbki te zawierały kilka znaczących mutacji, które wydają się umożliwiać wirusowi wykorzystanie zmodyfikowanego białka ANP32A do replikacji.

Niektóre z tych mutacji pomogły także wirusowi w lepszej replikacji w komórkach ludzkich, chociaż naukowcy zauważyli, że same mutacje nie wystarczą, aby stworzyć wirusa, który dobrze przystosowuje się do ludzi.

Obserwowanie tych mutacji „nie jest idealne” – stwierdził Richard Wiebe, ekspert ds. ptasiej grypy w Szpitalu Dziecięcym St. Jude, który nie był zaangażowany w badania. „Ale kiedy przejdziemy do sedna tych konkretnych zmian, nie ma to dla mnie większego znaczenia”.

Naukowcy odkryli, że zmutowany wirus grypy był również zdolny do replikacji nawet przy całkowitym braku białka ANP32A, przy użyciu dwóch innych białek z tej samej rodziny. Kiedy stworzyli komórki kurze pozbawione tych trzech białek, wirus nie był w stanie się replikować. Te komórki kurze były również odporne na wysoce śmiercionośną wersję wirusa H5N1, który rozprzestrzenił się na całym świecie w ciągu ostatnich kilku lat.

Naukowcy pracują obecnie nad produkcją kurczaków z modyfikacjami trzech genów rodziny białek.

Dr Wiebe stwierdziła, że ​​najważniejsze pytanie brzmi, czy kurczaki ze zmianami w tych trzech genach będą nadal rosły normalnie i tak szybko, jak tego potrzebują producenci drobiu. Powiedział jednak, że pomysł modyfikacji genów kurczaków jest bardzo obiecujący. „Z pewnością dojdziemy do punktu, w którym będziemy mogli manipulować genomem gospodarza, aby uczynić go mniej podatnym na grypę” – powiedział. „To byłoby zwycięstwo zdrowia publicznego”.