Ученые создали простой метод редактирования генома насекомых и опробовали его на тараканах

Группа ученых из Киотского университета и Института эволюционной биологии в Барселоне модифицировала метод редактирования генома CRISPR-Cas9, чтобы облегчить его применение на насекомых. Новая технология получила название «прямой родительский CRISPR» (direct parental CRISPR, DIPA-CRISPR). Авторы успешно испытали ее на тараканах-прусаках и на жуках.

Обычно, применяя метод CRISPR-Cas9, ученые делают инъекцию генетического материала в эмбрион на ранней стадии развития. Для насекомых это означает инъекцию в яйцо, что часто требует дорогостоящего оборудования, специальной экспериментальной установки для каждого вида и высококвалифицированного лабораторного персонала. Это серьезно ограничивает применение редактирования генов для большого числа видов насекомых. Некоторые насекомые, например таракан-прусак, имеют особенности репродуктивной системы, еще более затрудняющие работу. Яйца многих видов тараканов находятся в особой камере (оотеке), прикрепленной к телу самки, и она сбрасывает оотеку лишь незадолго до выхода потомства из яиц, что затрудняет доступ к яйцеклеткам для проведения инъекций. «Проблемы с традиционными методами преследуют исследователей, которые хотят выполнить редактирование генома самых разных видов насекомых», — говорит старший автор работы Такааки Даймон из Киотского университета.

Чтобы облегчить участь коллег, Такааки Даймон и его коллеги создали «прямой родительский CRISPR», при котором рибонуклеопротеины Cas9 вводятся не в яйцеклетки, а в полость тела самки, и тем не менее вызывают изменение ДНК в развивающихся яйцеклетках. «Теперь мы можем редактировать геномы насекомых более свободно и по своему желанию. В принципе, этот метод должен работать для более чем 90 % видов насекомых», — уверен Такааки Даймон.

Экспериментально метод испытали на прусаках (Blattella germanica ), а также на одном из видов жуков — малом булавоусом хрущаке (Tribolium castaneum), который давно стал популярным объектом лабораторных исследований. У особей, в чей геном удалось внести изменение, должен был измениться цвет глаз. Такой результат был получен у 22 % появившихся на свет тараканов и у более чем 50 % жуков, что является высоким показателем.

Ученые признают, что у прямого родительского CRISPR есть свои сложности. Эксперименты показали, что наиболее важным фактором успеха является момент, в который самки получают инъекцию, а это требует хороших знаний о стадиях развитии яичников, что может быть сложной задачей для некоторых видов, 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 список видов насекомых.

«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».

Новый метод описан в журнале Cell Reports Methods.