Впервые в истории отредактирован геном сумчатого животного

Японские ученые из Института RIKEN впервые в истории отредактировали геном животного из отряда сумчатых. При помощи метода CRISPR они получили опоссума-альбиноса. Возможность настраивать геномы сумчатых может помочь биологам узнать больше об этих животных и использовать их для изучения иммунных реакций, биологии развития и даже таких заболеваний, как меланома.

Исследователи, изучающие сумчатых, часто используют опоссумов в лабораторных экспериментах, поскольку они небольшого размера и за ними просто ухаживать. В нынешнем эксперименте участвовал домовый опоссум (Monodelphis domestica), который в дикой природе живет в центральной Бразилии, а также в прилегающих регионах Боливии, Парагвая и Аргентины. Местные жители нередко держат его в качестве домашнего животного. Этот опоссум обладает несколькими особенностями, которые делают его идеальной исследовательской моделью, особенно при изучении сумчатых, а также при иммунологических исследованиях и изучении развития млекопитающих. Он относительно легко размножается в лабораторных условиях, и новорожденные могут быть легко доступны, потому что, в отличие от других видов сумчатых, у самок опоссумов нет сумки: новорожденные просто цепляются за соски. В 2007 году домовый опоссум стал первым среди сумчатых, чей геном был полностью прочитан.

«Опоссумы использовались в качестве лабораторных животных с 1970-х годов, и исследователи пытались редактировать их гены в течение как минимум 25 лет. Я очень рад видеть эту статью. Это достижение, которое, как я думал, возможно, не случится при моей жизни», — комментирует успех японских коллег генетик из Техасского университета Джон Вандеберг, который в 1978 году основал первую лабораторную колонию опоссумов.

Исследователи из Riken использовали CRISPR для нокаута гена, который кодирует производство пигмента меланина. Ген выбрали для быстрой наглядной проверки метода. В случае успеха новорожденные опоссумы должны были получиться альбиносами, если обе копии гена были нокаутированы, и пятнистыми или мозаичными, если отключена только одна копия. В результате действительно получился помет из одного опоссума-альбиноса и одного мозаичного опоссума.

Фото: Hiroshi Kiyonari et al./RIKEN

«Трудности генетической модификации сумчатых животных были связаны не столько с CRISPR, сколько с тонкостями репродуктивной биологии сумчатых», — говорит Хироси Кийонари, ведущий автор нового исследования. Исследователям пришлось преодолеть несколько препятствий, чтобы отредактировать геном опоссума. Во-первых, они должны были определить время введения гормонов, чтобы подготовить самок к беременности. Другая проблема заключалась в том, что вскоре после оплодотворения у сумчатых яйцеклетка покрывается плотной оболочкой, которая затрудняет введение средств CRISPR в клетки. По словам Кийонари, при первых попытках иглы либо не проникали в клетки, либо повреждали их. Исследователи поняли, что будет намного проще сделать инъекцию на более ранней стадии, прежде чем оболочка яйцеклетки станет слишком жесткой. Изменяя время выключения света в лаборатории, они заставили опоссумов спариваться позже вечером, чтобы яйцеклетки были готовы к работе утром, примерно через полтора дня. Затем исследователи применили инструмент, который использует электрический заряд для более легкого проникновения через мембрану.

Сумчатые животные вызывают большой интерес у иммунологов. У большинства позвоночных есть два типа Т-клеток, играющих важную роль в иммунной системе (а у ящериц есть только один тип). Но у сумчатых, в том числе опоссумов, есть и третий тип, но остается неизвестным, для чего он нужен в организме. Опоссумы также используются в качестве моделей для исследования некоторых болезней человека. Они одни из немногих млекопитающих, которые болеют меланомой, как и люди.

Результат работы описан в журнале Current Biology.