Introduction

Todos os organismos abrigam uma variedade de genes que violam a suposição de transmissão igual, em vez disso aumentam egoisticamente a sua frequência nas gerações seguintes (chamada drive) a um custo para o genoma como um todo. Tais genes egoístas podem constituir uma proporção substancial do genoma e mostrar uma gama de estratégias para aumentar a sua propagação . Alguns genes são distorcedores de transmissão que visam a gametogênese para garantir que eles estejam sobre-representados em óvulos ou espermatozóides após a meiose, resultando em uma distorção de transmissão efetiva. Esses fatores meióticos foram descritos pela primeira vez há quase um século e têm sido caracterizados em plantas, insetos e mamíferos. Eles podem ser autossômicos (por exemplo, o haplótipo em ratos domésticos Musculus, que é transmitido dos machos para até 100% da prole) ou ligados a um dos cromossomos sexuais resultando em distorção da relação sexual (por exemplo, SR em moscas, causando até 100% de filhas). Recentemente foram desenvolvidos genes sintéticos que produzem resultados semelhantes – transmitindo-se a quase todos os descendentes. Se os sistemas de transmissão de genes sintéticos puderem ser construídos e inseridos em populações de pragas, eles podem ser capazes de se espalhar rapidamente, perturbando potencialmente a função de um gene vital levando à extinção da população ou convertendo toda a população em machos . Alternativamente, a propulsão genética pode levar consigo um pacote de genes, com o objectivo de modificar permanentemente a população alvo. Possíveis modificações incluem tornar os mosquitos incapazes de transmitir a malária ou aumentar sua vulnerabilidade aos pesticidas.

O potencial de aproveitamento dos sistemas de transmissão de genes no controle das principais pragas tem sido recebido com entusiasmo e ceticismo. Esta abordagem tem sido elogiada como um mecanismo revolucionário e eficiente para controlar as doenças transmitidas por insectos e pragas das culturas, sendo altamente direccionada e potencialmente mais barata do que os métodos convencionais, tais como os pesticidas. No entanto, há uma variedade de barreiras, tanto técnicas como éticas, para implementar esta técnica em populações selvagens. Precisamos urgentemente entender como os sistemas de acionamento natural se espalham pelas populações, se quisermos prever os resultados da liberação do acionamento sintético. Uma barreira chave é o risco de que as populações alvo desenvolvam rapidamente uma capacidade de suprimir o sistema de acionamento, tornando-o ineficaz, como tem sido visto em sistemas de acionamento naturais . Então, o quanto sabemos atualmente sobre a dinâmica dos drivers gênicos?

Escopo da Edição Especial

Esta Edição Especial compreende 14 contribuições, cobrindo uma ampla gama de aspectos dos drivers gênicos naturais e sintéticos em uma variedade de espécies animais e vegetais. Apresentamos e discutimos estes temas abaixo agrupados em três grandes tópicos: (i) sistemas de transmissão sintéticos, (ii) sistemas de transmissão naturais e (iii) sucesso na implementação e considerações éticas mais amplas sobre transmissão gênica.

(a) Sistemas de transmissão sintéticos

O Special Feature começa com duas revisões. A primeira, Ritchie & Staunton , reflete sobre as lições a serem aprendidas de 20 anos de envolvimento no programa mais avançado de intervenção de transmissão gênica: o uso do endosymbiont Wolbachia para suprimir a transmissão de vírus por mosquitos. Eles discutem a história do controle de mosquitos, desde pesticidas, passando por inimigos naturais e liberações estéreis de machos, e as limitações dessas abordagens que levaram à necessidade urgente de soluções mais eficazes. Discutem então a descoberta de uma cepa do parasita intracelular Wolbachia, que quando inserida nos mosquitos Aedes aegypti reduz a transmissão da dengue para os humanos. Esta cepa de Wolbachia se espalha através de populações de mosquitos por incompatibilidade citoplasmática: ovos de fêmeas não infectadas não podem ser fertilizados em acasalamentos com machos infectados com Wolbachia, mas ovos de fêmeas infectadas podem ser fertilizados por machos infectados e não infectados, dando às fêmeas infectadas uma vantagem de aptidão física. Desde a libertação destes mosquitos em Cairns, Austrália, a cidade tem estado livre de dengue, tornando esta a intervenção genética de maior sucesso até à data.

A segunda revisão, de Barrett et al. , foca-se na condução genética nas plantas; uma área onde relativamente pouco trabalho de condução genética tem sido realizado. Eles resumem muitas das principais oportunidades e questões, e discutem estratégias para usar a condução gênica sintética para melhorar o controle de ervas daninhas. Uma abordagem chave é a supressão direta da população, matando espécies de plantas-alvo. Entretanto, eles sugerem que uma abordagem mais útil pode ser a modificação, tornando as espécies de ervas daninhas mais vulneráveis às técnicas tradicionais de controle, como os pesticidas. Para usos agrícolas, isto tem um enorme potencial, uma vez que limita o efeito de matança do condutor às populações alvo dos pesticidas, reduzindo radicalmente qualquer impacto do condutor sobre as populações não alvo. Outro uso interessante é aumentar a sobrevivência de espécies vegetais ameaçadas de extinção, conduzindo genes úteis específicos, tais como a tolerância à seca, para populações vulneráveis. Em particular, a revisão destaca a questão do banco de sementes, a persistência a longo prazo das sementes no solo. Barrett et al. mostram que o banco de sementes pode retardar a propagação de genes, agindo como um reservatório de sementes do tipo selvagem. Esta questão é em grande parte exclusiva das plantas, embora talvez possa ser aplicável a animais com fases criptobióticas, tais como tardigrades, nematóides e rotíferos.

Beaghton et al. focalizam a condução da conversão genética, que se tornou relativamente fácil de construir devido ao advento do CRISPR/Cas9. Este tipo de unidade usa um driver de nuclease sintético que se copia em cromossomos homólogos, permitindo que se espalhe rapidamente pelas populações. Se a unidade interromper um gene chave relacionado à fertilidade, sua propagação pode reduzir radicalmente a produtividade da população. Este artigo foca a questão da resistência não-funcional aos genes alvo. Experimentos práticos e de modelagem (por exemplo, Oberhofer et al. ) descobriram que o gene alvo pode evoluir rapidamente para ser irreconhecível ao condutor, impedindo a conversão do gene e permitindo que este alelo resistente mantenha versões funcionais do gene alvo na população. No entanto, um problema não reconhecido é que as mutações também podem criar alelos alvo irreconhecíveis sem manter a função no gene alvo. Anteriormente, esta possibilidade tem sido largamente negligenciada, já que alelos resistentes não funcionais ainda levam a que os genes da população se tornem cada vez mais danificados. No entanto, aqui Beaghton et al. salientam que existe tipicamente um custo para o mecanismo de acionamento. Os alelos não-funcionais resistentes não suportam o custo da unidade e são imunes à conversão gênica, portanto podem potencialmente se espalhar através de populações contendo a unidade, reduzindo a propagação do condutor. Esta é uma grande ilustração de como é importante para a modelagem e trabalho empírico informarem-se mutuamente durante o desenho e uso de um drive sintético.

O próximo artigo, de Holman , também modela uma área interessante mas inexplorada de drive genético, o uso potencial de drivers meióticos sintéticos em espécies com sistemas de determinação de sexo ZW. Em organismos ZW como borboletas e aves, as fêmeas têm os cromossomos sexuais heterozigotos. O modelo sugere que os cromossomos W-shredding Z, cujas fêmeas portadoras só produzem filhos, devem se espalhar muito rapidamente se a evolução da resistência puder ser evitada. Este modelo é um grande passo em frente no desenvolvimento de genes para espécies não exploradas de pragas ZW, incluindo os trematódeos que causam esquistossomose, e sérias pragas agrícolas Lepidopteranas.

Há também um interesse real em usar a condução de genes sintéticos como medida de conservação para controlar espécies invasivas como ratos e camundongos que causaram sério declínio para muitas populações vulneráveis de aves endêmicas, mamíferos e lagartos. Godwin et al. revisam as possibilidades de utilizar a condução genética para controlar as populações de roedores. Eles consideram a proposta de sistemas de reparação de sistemas de condução baseados no CRISPR (que ainda não foram feitos para funcionar robustamente em ratos) e também a modificação de um antigo sistema de condução de ratos domésticos, o haplótipo t, para um condutor de relações sexuais. Uma vantagem de co-optar um antigo sistema de condução, no qual os supressores não foram encontrados, é que a rápida evolução da resistência pode ser um problema menor. Manser et al. exploram melhor este condutor sintético baseado no haplótipo t, que está em desenvolvimento. O t haplótipo é um condutor autossómico que manipula o esperma, de modo a que quase todos os descendentes de um macho heterozigoto herdam o t haplótipo. O projeto t-Sry visa pegar o gene chave da determinação sexual dos mamíferos Sry do cromossomo Y do rato e inseri-lo no haplótipo t do cromossomo 17, criando assim o ‘t-Sry’, um gene autossômico que transforma todos os indivíduos que o herdam em um macho. A ideia é introduzir o t-Sry nas populações de ratos insulares, transformando assim toda a população masculina e eliminando-a por completo. Manser et al. exploram a dinâmica populacional do sistema t-Sry. Eles modelam a introdução do t-Sry nas ilhas onde os ratos fêmeas têm taxas variáveis de poliandria (acasalamento múltiplo). Como o haplótipo t danifica o esperma, os portadores têm pouco sucesso quando as fêmeas com que acasalam também acasalam com machos do tipo selvagem com esperma não danificado. Os modelos de Manser sugerem que populações com altas taxas de poliandria tornarão mais difícil a propagação do t-Sry, exigindo um maior esforço de libertação. Como a poliandria é generalizada na natureza, estes resultados também podem ser relevantes para outros sistemas de transmissão que reduzem a competitividade do esperma masculino.

Godwin et al. destacam ainda alguns desafios-chave biológicos, regulatórios e de segurança no uso de transmissões genéticas em ratos. A biologia, ecologia e comportamento das populações de roedores da ilha alvo permanecem mal compreendidos. Pelo menos tão importante, eles seguem Ritchie & Staunton e George et al. ao enfatizar como será crucial para as estruturas regulatórias acompanhar o ritmo da pesquisa sobre a transmissão genética, e como é vital assegurar que as comunidades e partes interessadas afetadas sejam consultadas, informadas e tenham um papel importante em qualquer decisão sobre a transmissão.

(b) Sistemas de transmissão naturais

Compreender como os sistemas de transmissão sintéticos provavelmente se espalharão na natureza, antes de qualquer liberação, é fundamental para a avaliação dos riscos e benefícios dos transmissores sintéticos. Felizmente, o estudo dos sistemas de acionamento naturais ao longo do último século proporcionou uma considerável compreensão teórica e empírica sobre como os acionadores funcionam e como eles se espalham. Até recentemente, faltavam-nos dados suficientes sobre os custos de fitness dos condutores naturais para fazer modelos sobre a sua propagação na natureza que combinem bem com as frequências de condução observadas em populações selvagens.

Nesta Característica Especial, quatro estudos relatam os custos de fitness associados aos condutores meióticos masculinos. Estes condutores actuam durante o desenvolvimento do esperma para eliminar a sua competição, nomeadamente, os não condutores que transportam esperma, o que promove a sua própria transmissão. Finnegan et al. , Larner et al. , Dyer & Hall e Lea & Custos de aptidão física imprudente em machos e fêmeas associados ao seu condutor meiótico específico da espécie, em moscas com olhos de caule Teleopsis dalmanni, na mosca da fruta Drosophila pseudoobscura, nos recens de Drosophila melanogaster, Drosophila affinis e Drosophila neotestacea, respectivamente. Estes custos de aptidão são aparentes como redução da viabilidade de óvulo para adulto, redução da produção de crias nas fêmeas e redução do sucesso na competição de espermatozóides. Os custos de condicionamento físico são, no entanto, específicos a cada característica. Lea & Não foi encontrada nenhuma função imunológica reduzida associada com a movimentação meiótica masculina, e Dyer & Hall não encontrou nenhum efeito nas preferências de acasalamento das fêmeas ou na longevidade. Larner et al. e Dyer & Hall então usaram os custos quantificados de aptidão física para parametrizar modelos genéticos da população para prever frequências de equilíbrio na natureza. Estas frequências preditas aproximaram-se das frequências observadas. Este é um passo importante na compreensão da dinâmica dos sistemas de acionamento natural, e embora os detalhes variem entre sistemas, coletivamente estes estudos ampliam a apreciação dos custos potenciais de condicionamento físico na natureza. Os sistemas de acionamento investigados nestes quatro estudos estão dentro de grandes rearranjos cromossômicos que impedem a recombinação de elementos críticos de acionamento. Continua a ser desconhecido até que ponto estes custos de aptidão surgem apenas como consequência de uma recombinação reduzida, que permite a acumulação de mutações prejudiciais ou são efeitos pleiotrópicos dos próprios controladores.

Custos de aptidão também seleccionam para a evolução dos supressores genéticos da unidade. Os supressores estão presentes na maioria dos sistemas de acionamento Drosophila , mas não na D. pseudoobscura. Price et al. considerem por que isso poderia ser. As baixas e estáveis frequências de transmissão observadas na natureza podem ser explicadas pelos custos de fitness decorrentes do efeito combinado da fraca capacidade competitiva do esperma dos machos SR e dos custos para as fêmeas homozigotos SR. No entanto, estes custos de fitness que afectam a dinâmica do condutor ainda implicam que a evolução da supressão da condução seria vantajosa. A ausência de supressores é, portanto, intrigante. Este sistema de condução Drosophila tem persistido na natureza por pelo menos centenas de milhares de anos, levando a Price et al. a questionar se os sistemas de condução antigos poderiam ser evolutivamente distintos dos mais jovens. Descobrindo os mecanismos subjacentes a este sistema de condução ajudaria a esclarecer se existem restrições genéticas particulares que tornam a evolução da supressão menos provável, e se são comuns a outros sistemas antigos que também não evoluíram a supressão genética .

Assim, uma compreensão da arquitectura genética dos sistemas de condução natural é importante para compreender os seus efeitos e como os condutores evoluíram, mas também pode ajudar a informar o design dos condutores sintéticos. Os sistemas de acionamento de endonuclease foram descritos em leveduras e bactérias, inspirando mais tarde os sistemas de acionamento de endonuclease sintéticos. O condutor sintético Medea desenvolvido para a praga da cultura Drosophila suzukii inspirou-se no sistema de condução natural do mesmo nome , conhecido dos escaravelhos de farinha de Tribolium . O desenvolvimento de trituradores cromossómicos X sintéticos em mosquitos é precedido pela descoberta nos mosquitos de um triturador cromossómico X natural , e o distorcedor da relação sexual sintética que está a ser desenvolvido nos ratos domésticos é directamente baseado na modificação do haplótipo t . Courret et al. revisam as origens e os mecanismos dos 19 condutores conhecidos em Drosophila, mostrando que quase todos os sistemas bem caracterizados evoluem a partir de duplicações de genes e envolvem regulação da heterocromatina, pequenos RNA e/ou caminhos de transporte nuclear. Descobrir como esses sistemas funcionam é dificultado por sua associação com inversões, heterocromatina e interações epistaticas .

Estudos de expressão de genes podem ajudar a identificar o que os elementos dos sistemas de acionamento fazem. Em Lindholm et al. , é analisada a transcrição do haplótipo do rato t da casa. O transporte de uma cópia do haplótipo t alterou principalmente a expressão nos testículos dos genes da espermatogênese, tanto dos genes mapeados para o haplótipo t como também em um número maior de genes no resto do genoma. Se estes efeitos de regulação dos genes trans são alcançados por factores de transcrição, RNA não codificante, modificação da cromatina ou outros processos é actualmente desconhecido. Outros tecidos mostraram menos diferenças, e estes foram principalmente localizados para o haplótipo t. Este estudo aponta para uma adaptação em escala fina do condutor ao resto do genoma ou para uma co-adaptação extensiva entre eles. Podemos esperar que os factores de transmissão sintéticos evoluam de forma a mostrar padrões semelhantes, dadas as gerações suficientes?

(c) Sucesso na implementação e considerações éticas mais amplas da transmissão genética

Têm-se discutido muito os riscos e benefícios da transmissão genética como meio de regular e suprimir as populações de pragas e vectores na natureza – em particular, os mosquitos transmissores da malária. As unidades genéticas também têm sido propostas como um meio eficaz e humano para regular espécies invasoras, por exemplo, roedores em ilhas (ver também Godwin et al. ; Manser et al. nesta edição). Os benefícios potenciais são impressionantes: risco reduzido de doenças transmitidas por insectos e menor dependência de pesticidas com todos os efeitos secundários prejudiciais associados (como a bioacumulação de alimentos humanos ou o envenenamento da vida selvagem não visado). Além disso, existem os custos crescentes da aplicação de pesticidas devido ao inevitável aparecimento de resistência e ao risco contínuo de propagação de doenças por vectores resistentes. Existem também riscos substanciais associados ao uso de transmissões de genes sintéticos. Um dos riscos é o derrame de transmissões de genes em populações e espécies não alvo. Apesar da baixa probabilidade de uma transmissão de genes entre espécies, a Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos (US) recomenda atualmente que o risco de transmissão horizontal de genes deve ser avaliado antes de qualquer liberação ambiental de uma transmissão de genes. Além dos riscos diretos de transmissão de genes afetando espécies não-alvo, também é importante avaliar as consequências mais amplas que a remoção ou alteração da população ou espécie alvo terá no ecossistema mais amplo.

O debate em torno desta tecnologia decorre, em parte, do conhecimento insuficiente sobre os genes naturais, e muito menos sobre os genes sintéticos. O consenso parece ser que actualmente não é possível avaliar se os benefícios superam os riscos, mas que isto não deve significar que a investigação e os ensaios que utilizam a condução genética devem ser proibidos. Por exemplo, a recomendação da Royal Society à Convenção das Nações Unidas (UN) sobre Diversidade Biológica (CDB) é evitar a adoção de qualquer posição que apóie uma moratória internacional sobre a pesquisa de genes, incluindo ensaios experimentais de campo, uma posição que foi ecoada na reunião da UN CDB em novembro do ano passado. A moratória foi eventualmente rejeitada. A objeção surgiu em parte porque se a pesquisa sobre a condução de genes fosse proibida, o efeito de repercussão seria prejudicial porque, de fato, impediria qualquer debate público mais amplo antes de termos determinado o risco potencial e, portanto, avaliado como poderíamos usar com segurança esta tecnologia.

A moratória foi, no entanto, reformulada para enfatizar a necessidade de consultar as comunidades locais e grupos indígenas que são potencialmente afetados antes de uma possível liberação ser considerada, ecoando as recomendações de George et al. e Ritchie & Stanton nesta edição. Em geral, qualquer potencial uso futuro de unidades genéticas deve ser precedido de debate público sobre o relativo apelo do uso de unidades genéticas em comparação com soluções alternativas. Muita importância tem sido dada para assegurar que a pesquisa futura seja adequadamente governada de modo a abranger uma variedade de impactos sociais mais amplos, além de considerar a biossegurança e os impactos ecológicos e de saúde indesejados. Tal abordagem consultiva é enfatizada na contribuição de George et al. , que também destacam as complexidades que envolvem as considerações éticas da liberação de genes na natureza. A importância de assegurar suficiente confiança pública e política é também enfatizada por Ritchie & Staunton , que argumentam que isso é fundamental para assegurar uma aceitação mais ampla. O sucesso desta abordagem é exemplificado pelo trabalho realizado pelo Target Malaria (targetmalaria.org/who-we-are/), um consórcio de investigação sem fins lucrativos que visa desenvolver e partilhar tecnologia para o controlo da malária. O consórcio inclui cientistas, equipas de envolvimento das partes interessadas, especialistas em avaliação de riscos e especialistas em regulamentação de África, América do Norte e Europa, e inclui um comité consultivo de ética.

As ainda, para além de fazer uso de endossímbolos naturais, como o Wolbachia, para interromper a transmissão da doença em mosquitos, não foi libertado nenhum gene sintético para uma população selvagem. O Departamento de Agricultura dos EUA excluiu as plantas editadas pelo genoma da supervisão regulamentar, pelo que isto pode mudar. O governo australiano também decidiu recentemente que não irá regulamentar o uso de técnicas de edição de genes que não introduzem novo material genético nos organismos, mas que irão aumentar as suas exigências de monitorização das experiências de transmissão de genes. Por outro lado, o Tribunal de Justiça da União Européia decidiu que as culturas editadas por genes devem ser tratadas como organismos geneticamente modificados sujeitos a regulamentação rigorosa . Claramente, não há consenso global.

O uso de medidas de controle ‘biológicas’ como o endosymbiont Wolbachia que quando introduzido no mosquito A. aegypti suprime a transmissão do dengue, Zika e vírus chikungunya já assistiu a extensos testes de campo na Austrália e em outros lugares . O primeiro uso bem sucedido da esterilidade masculina induzida citoplasmicamente para controlar o mosquito Culex foi realizado na Birmânia há mais de 50 anos, e várias grandes liberações-piloto do mosquito Aedes modificado wMel estão atualmente em andamento (Programa Mosquito Mundial: http://www.eliminatedengue.com/our-research/wolbachia). O seu sucesso depende de um forte apoio comunitário e político (por exemplo, o bem sucedido Programa Mundial sobre Mosquitos destinado a eliminar a dengue), pois sem ele é provável que falhem, como no caso de vários ensaios aprovados que carecem de apoio. É notável que o uso de agentes naturais, como o Wolbachia (que pode causar uma esterilização eficaz ao induzir a incompatibilidade citoplasmática), parece estar menos carregado de preocupações com a sua segurança em comparação com os genes sintéticos. No entanto, os mosquitos infectados com Wolbachia conduzem eficazmente os genes às populações e podem, portanto, ser vistos como análogos às transmissões de genes. Será possível que quanto mais aprendermos a aproveitar esses genes naturais, mais nossa apreensão atual sobre o uso de genes sintéticos será menor?

observações finais e direções futuras

Uma série de conclusões gerais e caminhos promissores para pesquisas futuras emerge das contribuições individuais neste número. A seguir, destacamos alguns dos pontos mais significativos.

Precisamos considerar não apenas os aspectos técnicos, mas também os aspectos éticos e societais da propulsão genética sintética. Como Ritchie & Staunton e George et al. argumentam, o apoio das comunidades afetadas pela liberação de genes é fundamental para o sucesso de sua implementação. É absolutamente essencial que qualquer liberação futura faça grandes esforços para explicar todos os aspectos relevantes do projeto e obter o apoio das partes interessadas locais. O furor sobre as culturas geneticamente modificadas ilustra o quanto um projeto pode correr mal se não gozar da confiança do público. A única maneira dessas tecnologias potencialmente salva-vidas que impulsionam os genes será praticamente útil se elas começarem bem, com projetos bem sucedidos que ganham substancial apoio local. Uma abordagem arrogante de cima para baixo corre o risco de tornar as tecnologias de condução de genes politicamente tóxicas, tornando-as inutilizáveis por décadas. Isso seria potencialmente trágico para a saúde humana, a agricultura e a conservação. No entanto, existem histórias de sucesso, pelo que esta abordagem consultiva pode funcionar. É possível que existam amplas lições a serem aprendidas com o uso bem sucedido do aproveitamento de sistemas naturais como o Wolbachia para reduzir a transmissão de doenças em mosquitos, que também podem ser implementadas para a implantação de transmissão sintética?

A compreensão dos custos é fundamental para prever a dinâmica da transmissão de genes. Tem havido grandes avanços na quantificação dos custos potenciais da transmissão de genes em sistemas naturais, como relatado nesta Característica Especial. No entanto, os custos de fitness podem ser difíceis de encontrar: por exemplo, a descoberta de Finnegan et al. de viabilidade reduzida associada a um drive meiótico em moscas com olhos de cauda veio depois de vários estudos anteriores de custos de fitness na mesma espécie. Em particular, precisamos de documentar melhor o custo potencial da condução em sistemas de condução naturais menos bem caracterizados, envolvendo espécies não-modelo (isto é, que não sejam moscas e ratos domésticos). Também não sabemos se esses custos são modificados ao longo do tempo, como seria previsto por uma resposta coevolucionária. Por exemplo, o custo para as fêmeas Drosophila simulans de abrigar a cepa Riverside de Wolbachia passou de um custo inicial de 15-20% de fecundidade para uma vantagem de 10% de fecundidade após apenas 20 anos de coevolução. A quantificação dos custos de aptidão física da condução tanto em machos como em fêmeas é vital para prever com precisão a dinâmica da condução em populações naturais (por exemplo). Os custos subtis da condução também podem afectar o sucesso da condução sintética. Beaghton et al. também investigam o impacto transgeracional dos custos de condicionamento físico demonstrados empiricamente, o que tem sido uma descoberta surpreendente na investigação da condução de genes sintéticos. Há claramente espaço tanto para refinar melhor os modelos preditivos existentes quanto para acumular mais dados sobre os custos potenciais de condicionamento físico em sistemas de transmissão sintética para melhorar nossa previsão da dinâmica de transmissão sintética em populações naturais.

Importância relativa do balanceamento dos custos versus supressão para o sucesso da transmissão genética. A chave para o sucesso da implementação da condução de genes sintéticos para o controle populacional é a sua persistência por um período de tempo suficiente para alcançar a redução (ou eliminação) da população alvo. Portanto, retardar a probabilidade e a velocidade da evolução da supressão é um objectivo essencial. No entanto, a persistência de muitos sistemas naturais de transmissão genética parece depender da força da selecção de equilíbrio e não da evolução da supressão. Atualmente, não sabemos quais características de um sistema de transmissão gênica fazem com que seja mais ou menos provável que seja moldado pelo equilíbrio da seleção em vez da supressão. Também não sabemos se existem quaisquer semelhanças entre os antigos impulsos genéticos em que os supressores não foram encontrados (por exemplo, a proporção de sexo em D. pseudoobscura, t haplótipo em ratos domésticos e a persistência a longo prazo da morte de machos induzida por Wolbachia em Drosophila innubila ). Em parte, esta falta de percepção deriva do conhecimento limitado sobre o(s) gene(s) envolvido(s) no impulso, uma vez que os mecanismos não são conhecidos em muitos sistemas. No entanto, assim como para a relação sexual (por exemplo, D. simulans, ), existem exemplos de sistemas de matança de machos mostrando um fluxo dramático de invasão, supressão, substituição e ressurgimento de mortes entre populações (por exemplo, Hypolimnas bolina butterflies ). Comparações entre estes sistemas de acionamento naturais podem revelar características potenciais que estão associadas à persistência a longo prazo de sistemas de acionamento não-suprimidos que talvez possam ser incorporados no projeto de acionadores sintéticos. Por exemplo, existem potenciais consequências pleiotrópicas dispendiosas da supressão que são simplesmente demasiado grandes para serem ultrapassadas? Por outro lado, é possível que a persistência a longo prazo de sistemas não suprimidos seja uma característica de um sistema de condução complexo envolvendo vários genes e, portanto, é pouco provável que seja traduzida na prática para controladores sintéticos, uma vez que estes são simplesmente demasiado complexos para serem construídos. Até à data, não sabemos sequer se a persistência dos genes está associada a alguns ou muitos genes coevolutivos. Claramente precisamos ter uma melhor compreensão dos mecanismos de condução e supressão dos sistemas naturais antes que essas percepções possam ser traduzidas no design dos drivers sintéticos.

Além disso, existem várias oportunidades inexploradas de condução de genes.

Collectivamente, as contribuições desta Característica Especial demonstram o tremendo potencial dos sistemas de transmissão genética, mas também destacam várias lacunas de conhecimento. Em particular, as implicações éticas e sociais mais amplas do aproveitamento e liberação do poder dos genes egoístas em populações naturais ainda estão apenas nos estágios iniciais de serem abordados.

Acessibilidade dos dados

Este artigo não contém nenhum dado adicional.

Interesses concorrentes

Nós declaramos que não temos interesses concorrentes.

Funding

Não recebemos financiamento para este estudo.

Pés

Uma contribuição ao recurso especial “Sistemas de condução de genes naturais e sintéticos”. Convidado editado por Nina Wedell, Anna Lindholm e Tom Price.