Редактирование генов теперь возможно в клещах

Исследователи успешно использовали CRISPR-Cas9 для редактирования геномов черноногого клеща (ixodes scapularis). Чтобы совершить этот подвиг, они разработали протокол инъекции эмбриона, который преодолел главный барьер в этой области. Работа опубликована 15 февраля в журнале iScience (https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(22)..).

«Несмотря на их способность приобретать и передавать множество пагубных патогенов, исследования клещей отстают от других членистоногих переносчиков, таких как комары, в основном из-за проблем с применением доступных генетических и молекулярных инструментов», — говорит Моника Гулиа-Нусс, соавтор исследования и молекулярный биолог из Университета Невады, Рино.

«Наличие доступных инструментов редактирования генома позволит нам раскрыть некоторые секреты генома клещей и определить, как эти уникальные животные выживают в окружающей среде, как они взаимодействуют с патогенами и как мы можем предотвратить распространение болезней клещами по всему миру, опасных для людей и домашнего скота», — говорит Моника.

CRISPR-Cas9 произвел революцию в исследованиях функциональной генетики многих организмов. Этот метод редактирования генов был применен к комарам и другим переносчикам болезней членистоногих, но об успешном редактировании генов у клещей пока не сообщалось. Технические проблемы, связанные с инъекцией эмбрионов клещей для попытки редактирования генов, еще больше замедлили прогресс исследований. Эмбрионы клещей чрезвычайно трудно инъецировать из-за высокого давления внутри яиц, твердого хориона (внешней оболочки яйца) и воскового слоя снаружи эмбриона, который необходимо удалить перед инъекцией. Самки клещей используют специальный орган, называемый органом Жене, для покрытия своих яиц твердым восковым слоем.

В исследовании iScience, исследователи разработали успешный протокол инъекции клещевого эмбриона и целевое разрушение генов с помощью CRISPR-Cas9, используя два метода: инъекцию эмбриона и рецептор-опосредованную трансдукцию груза яичников (ReMOT Control) — менее трудоемкий метод редактирования генов у членистоногих. Исследователи удалили орган Жене, чтобы предотвратить отложение парафина, а затем обработали яйца химическими веществами, называемыми хлоридом бензалкония и хлоридом натрия, чтобы удалить хорион и снизить давление внутри яиц.

«Мы смогли аккуратно препарировать беременных самок клещей, чтобы хирургическим путем удалить орган, ответственный за покрытие яиц воском, но при этом позволить самкам откладывать жизнеспособные яйца. Эти яйца без воска позволяли вводить эмбрионам клещей материалы, необходимые для модификации генома, — говорит Гулиа-Нусс. «Еще одной серьезной проблемой было понимание времени развития эмбриона клеща. Об эмбриологии клещей известно так мало, что нам нужно было определить точное время, когда следует вводить CRISPR-Cas9, чтобы обеспечить наибольшую вероятность индукции генетических изменений».

Выживаемость инъецированных эмбрионов составляла примерно 10%, что сравнимо с хорошо зарекомендовавшими себя моделями насекомых. Для ReMOT Control все инъецированные клещи выжили. Данные показывают возможность введения клещевого эмбриона и генетических манипуляций с клещами обоими методами, которые имели сопоставимую эффективность редактирования для гена Proboscipedia ( ProbP) , который экспрессируется в придатках.

«Раньше ни одна лаборатория демонстрировала возможность модификации генома клещей. Некоторые считали, что это технически сложно осуществить», — говорит Насс. «Это первое исследование, демонстрирующее, что генетическая трансформация клещей возможна не только одним, но и двумя разными методами».

Необходимы дополнительные исследования, чтобы полностью понять молекулярные механизмы, лежащие в основе эффективного редактирования генов у клещей. Хотя эти инструменты ускорят генетические исследования клещей, необходимы улучшения в протоколе инъекций эмбрионов, чтобы повысить выживаемость, вылупление личинок и эффективность редактирования генов.

«Мы ожидаем, что инструменты, которые мы здесь разработали, откроют новые направления исследований, которые значительно ускорят наше понимание молекулярной биологии этого и родственных видов клещей», — говорит Гулиа-Насс. «Целенаправленное разрушение генов клещевых переносчиков человеческих патогенов — мощный метод для раскрытия лежащей в основе биологии взаимодействия клещ-патоген-хозяин, который может дать информацию для разработки и применения новых подходов к борьбе с клещевыми болезнями».