CRISPR в очередной раз доказывает свою гибкость и теперь редактирование генов возможно у тараканов

Возможность изменять фрагменты ДНК всегда была святым Граалем биотехнологии и медицины. CRISPR позволяет делать это с невиданной ранее скоростью и эффективностью. Считайте, что биологи раньше работали на пишущей машинке, а благодаря CRISPR в одночасье пересели на MacBook. Не зря открытие этого метода в 2020 году удостоилось Нобелевской премии по химии.

CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Palindromic Repeats) - это, по сути, упрощённый редактор такого непростого языка программирования, как ДНК, который включает огромную библиотеку ранее исследованных ДНК организмов. Ранее учёным приходилось бы для каждого отдельного вида организма учитывать множество переменных, чтобы потом уже проводить свои опыты над такой хрупкой и неустойчивой к изменениям вещи, как ДНК, пока учёные не обнаружили повторяющиеся кластеры по 30 нуклеотидов, отделённых уникальными участками ДНК примерно такой же длины. Изначально такое свойство заметили, пока изучали бактерии в солончаках рядом с испанским городом Аликанте. А затем схожее строение заметили и у других бактерий. А далее, после успешных исследований, изысканий и экспериментов, двум девушкам-ученым Эммануэль Шарпантье и Дженнифер Даудна пришла в голову мысль: а что если при помощи CRISPR попробовать редактировать совершенно любой вид ДНК? И вы неповерите, но данный опыт привнёс этим двум девушкам два достижения:

- самая быстрая нобелевская премия (с момента публикации исследований до ее присуждения прошло всего восемь лет)
- самая независимая нобелевка (это первая премия, которую получили две женщины без сопровождающей мужской компании)

И с тех пор прошло уже 10 лет, а данное открытие с каждым месяцем набирает всё новые невероятные обороты в сфере генной инженерии (возможно вы заметили что я чуть ли не каждый месяц публикую по две-три статьи с упоминанием данной технологии).

Ну вот, вводную провели, теперь к самой сути исследования.

Современные подходы к редактированию генов насекомых обычно требуют микроинъекций материалов в ранние эмбрионы, что сильно ограничивает их применение для многих видов. Например, прошлые исследования не привели к генетическим манипуляциям с тараканами из-за их уникальной репродуктивной системы. Кроме того, редактирование генов насекомых часто требует дорогостоящего оборудования, специальной экспериментальной установки для каждого вида и высококвалифицированного лабораторного персонала. «Эти проблемы с традиционными методами беспокоят исследователей, которые хотят выполнить редактирование генома самых разных видов насекомых», — говорит старший автор исследования Такааки Даймон из Киотского университета. «Теперь мы можем редактировать геномы насекомых более свободно и по своему желанию. В принципе, этот метод должен работать для более чем 90% видов насекомых».

Чтобы преодолеть эти ограничения, Даймон и его сотрудники вводили рибонуклеопротеины Cas9 (RNP) в основную полость тела взрослых самок тараканов, чтобы ввести наследуемые мутации в развивающихся яйцеклетках. Результаты показали, что эффективность редактирования генов — доля отредактированных особей от общего числа вылупившихся особей — может достигать 22%. У красного мучного жука эффективность DIPA-CRISPR составила более 50%. Кроме того, исследователи создали жуко-нокаутер путем совместного введения одноцепочечных олигонуклеотидов и РНП Cas9, но эффективность низкая и требует дальнейшего улучшения.

Успешное применение DIPA-CRISPR у двух эволюционно далеких видов демонстрирует его потенциал для широкого применения. Но этот подход не применим напрямую ко всем видам насекомых, включая плодовых мушек. Кроме того, эксперименты показали, что наиболее важным параметром успеха является стадия инъецируемых взрослых самок. В результате DIPA-CRISPR требует хороших знаний о развитии яичников. У некоторых видов это может быть сложной задачей, учитывая разнообразный жизненный цикл и репродуктивные стратегии насекомых.

Несмотря на эти ограничения, DIPA-CRISPR доступен, очень практичен и может быть легко реализован в лабораториях, расширяя применение редактирования генов на широкий спектр модельных и немодельных видов насекомых. Этот метод требует минимального оборудования для инъекций взрослым и всего двух компонентов — белка Cas9 и однонаправленной РНК — что значительно упрощает процедуры редактирования генов. Более того, коммерчески доступный стандартный Cas9 можно использовать для инъекций взрослым, что устраняет необходимость трудоемкой индивидуальной разработки белка.

«Усовершенствовав метод DIPA-CRISPR и сделав его еще более эффективным и универсальным, мы сможем сделать возможным редактирование генома почти всех из более чем 1,5 миллиона видов насекомых, открывая будущее, в котором мы сможем в полной мере использовать удивительные биологические функции насекомых», — говорит Даймон. «В принципе, также возможно, что геном других членистоногих может быть отредактирован с использованием аналогичного подхода. К ним относятся сельскохозяйственные и медицинские вредители, такие как клещи, а также важные рыбные ресурсы, такие как креветки и крабы».

Источник: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S26..