CRISPR теперь возможен для тараканов

Исследователи разработали подход CRISPR-Cas9 для редактирования генов у тараканов, согласно исследованию, опубликованному Cell Press 16 мая в журнале Cell Reports Methods. Простая и эффективная методика, названная "прямым родительским" CRISPR (DIPA-CRISPR), предполагает инъекцию материалов взрослым самкам на стадии развития яиц, а не в сами эмбрионы.

"В некотором смысле, исследователи насекомых освободились от хлопот с инъекциями в яйца", — говорит старший автор исследования Такааки Даймон из Киотского университета. "Теперь мы можем редактировать геномы насекомых более свободно и по желанию. В принципе, этот метод должен работать для более чем 90% видов насекомых".

Современные подходы к редактированию генов насекомых обычно требуют микроинъекции материалов в ранние эмбрионы, что сильно ограничивает их применение для многих видов. Например, в прошлых исследованиях не удавалось добиться генетических манипуляций 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 мучили исследователей, желающих проводить редактирование генома у самых разных видов насекомых", — говорит Даймон.

Чтобы преодолеть эти ограничения, Даймон и его коллеги вводили рибонуклеопротеины Cas9 (RNPs) в основную полость тела взрослых самок тараканов, чтобы вызвать наследуемые мутации в развивающихся яйцеклетках. Результаты показали, что эффективность редактирования генов — доля отредактированных особей от общего числа вылупившихся — может достигать 22%. У мучного хрущака (красного мучного жука) DIPA-CRISPR достигла эффективности более 50%. Более того, исследователи создали жуков с генным нокаутом, совместно вводя одноцепочечные олигонуклеотиды и Cas9 RNPs, но эффективность низкая и требует дальнейшего улучшения.

Успешное применение DIPA-CRISPR у двух эволюционно далеких видов демонстрирует его потенциал для широкого использования. Однако подход неприменим напрямую ко всем видам насекомых, включая плодовых мушек. Кроме того, эксперименты показали, что наиболее критический параметр для успеха — стадия развития инъецируемых взрослых самок. Следовательно, DIPA-CRISPR требует хорошего знания развития яичников. Это может быть сложной задачей для некоторых видов, учитывая разнообразие жизненных циклов и репродуктивных стратегий у насекомых.

Несмотря на эти ограничения, DIPA-CRISPR доступен, высоко практичен и может быть легко внедрен в лабораториях, расширяя применение редактирования генов для широкого разнообразия модельных и немодельных видов насекомых. Методика требует минимального оборудования для инъекции взрослым особям и всего двух компонентов — белка Cas9 и направляющей РНК (single-guide RNA), — что значительно упрощает процедуры редактирования генов. Более того, для инъекции взрослым особям можно использовать коммерчески доступный стандартный Cas9, что устраняет необходимость трудоемкой индивидуальной инженерии белка.

"Улучшая метод DIPA-CRISPR, делая его еще более эффективным и универсальным, мы, возможно, сможем обеспечить редактирование генома почти у всех более чем 1.5 миллионов видов насекомых, открывая будущее, в котором мы сможем полностью использовать удивительные биологические функции насекомых", — говорит Даймон. "В принципе, возможно также, что другие членистоногие могут быть подвергнуты редактированию генома с использованием аналогичного подхода. К ним относятся сельскохозяйственные и медицинские вредители, такие как клещи, а также важные промысловые ресурсы, такие как креветки и крабы".