Хотя метод редактирования генов CRISPR-Cas9 произвел революцию во многих областях биологии, до сих пор он никогда не применялся к паукам. Группа исследователей преодолела это препятствие, успешно модифицировав геном обычного домового паука, чтобы он мог производить красную флуоресцентную паутину. Этот результат может открыть новые возможности для материаловедения.
Технология CRISPR (короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами) уже много лет широко используется в изучении биологии развития и эволюции, а также в таких прикладных областях, как материаловедение, борьба с инвазивными видами и повышение урожайности сельскохозяйственных культур.
Существует несколько вариантов CRISPR: некоторые нацелены на РНК, другие — на чужеродную ДНК. В частности, подход CRISPR-Cas9 позволяет осуществлять точное расщепление ДНК с использованием нуклеазы (белка Cas9), содержащей два эндонуклеазных домена, способных вызывать двухцепочечные разрывы в целевой последовательности. Этот процесс открывает путь для весьма специфических изменений в генах. Другие версии этой технологии позволяют активировать или ингибировать экспрессию определенных генов.
Таким образом, CRISPR можно использовать как для понимания точной роли отдельных генов, так и для разработки целевых генных терапий. Однако, хотя CRISPR применяется во многих научных дисциплинах, до сих пор не было зарегистрировано ни одного успешного применения этой технологии на пауках. Это особенно удивительно, учитывая их эволюционный успех, который делает их чрезвычайно интересными объектами для изучения.
Пауки действительно до сих пор недостаточно изучены наукой, особенно по сравнению с другими членистоногими, такими как комары или тараканы. Отчасти это объясняется огромным видовым разнообразием и сложностью структуры их генома.
Обратите внимание: Подруга никогда не готовит в микроволновке. Говорит, что это не безопасно. Решила узнать, так ли это.
Кроме того, их каннибальское поведение и строгие требования к окружающей среде затрудняют их разведение в лабораторных условиях.Однако биологи из Университета Байройта в Германии успешно создали первого паука, модифицированного с помощью CRISPR-Cas9 для производства красной флуоресцентной паутины. «Мы впервые в мире продемонстрировали, что CRISPR-Cas9 можно использовать для внедрения желаемых последовательностей в белки паучьего шелка, тем самым придавая этим волокнам новые функции», — сообщил в пресс-релизе Томас Шайбель, один из ведущих авторов исследования .
Флуоресцентный красный шелк без изменения своих свойств
В качестве модельного организма для изучения биологии пауков исследователи выбрали домового паука Parasteatoda tepidariorum, который широко используется в лабораториях. До сих пор основной целью генетической модификации этих животных было изучение их развития или эволюции. На этот раз ученые использовали CRISPR-Cas9 для вставки в свой геном последовательности гена, кодирующего красный флуоресцентный белок шелка.
Процесс подразумевает введение генетической конструкции в неоплодотворенную яйцеклетку. Для этого самку анестезируют углекислым газом во время операции, чтобы сделать ее неподвижной, а когда ее состояние стабилизируется, ее скрещивают с самцом того же вида.
Как и ожидалось, их потомство производило красные флуоресцентные паутины без заметного снижения качества шелка. «Пауки в первую очередь известны своим шелком — знаковым материалом в материаловедении», — отмечают исследователи в статье, опубликованной в журнале Angewandte Chemie International Edition. «Успешное создание паучьего шелка позволит разрабатывать и применять новые функциональные возможности в широком спектре областей», — подчеркнули они.
Паучий шелк давно привлекает внимание ученых в области материаловедения и биотехнологии благодаря своей исключительной прочности, эластичности, легкости и биоразлагаемости. Эти генетически модифицированные пауки могут помочь производить более широкий ассортимент шелка с уникальными свойствами.
Группа также исследовала еще один аспект редактирования генов, протестировав метод под названием «нокаут CRISPR», который подразумевает отключение определенных генов для изучения их функции. Ученые сосредоточили внимание на гене so, который, как считается, участвует в развитии глаз. Из модифицированных таким образом яиц появились безглазые пауки, что подтвердило роль генов в этом процессе и дало возможность глубже понять сложную биологию этих животных.
Авторы делают вывод: «Наше исследование расширяет применение CRISPR на пауков и дает ценную информацию в области генетики развития и материаловедения.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.