Κινούμενα σχέδια CRISPR σε κατσαρίδες. Πίστωση: Shirai et al./Cell Reporting Methods
Σύμφωνα με μια ερευνητική εργασία που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Μέθοδοι αναφοράς κελιών By Cell Press στις 16 ΜαΐουyΤο 2022, οι ερευνητές δημιούργησαν την τεχνολογία CRISPR-Cas9 για να επιτρέψουν την επεξεργασία γονιδίων στις κατσαρίδες. Η άμεση και αποτελεσματική διαδικασία CRISPR (DIPA-CRISPR) περιλαμβάνει την έγχυση ουσιών σε ενήλικα θηλυκά όπου αναπτύσσονται τα ωάρια και όχι τα ίδια τα έμβρυα.
«Κατά μία έννοια, οι ερευνητές των εντόμων απελευθερώθηκαν από την ταλαιπωρία της ένεσης των αυγών», λέει ο ανώτερος συγγραφέας της μελέτης Takaaki Daimon του Πανεπιστημίου του Κιότο. Μπορούμε τώρα να τροποποιήσουμε τα γονιδιώματα των εντόμων πιο ελεύθερα και με δική μας βούληση. Κατ’ αρχήν, αυτή η μέθοδος θα πρέπει να λειτουργεί για περισσότερο από το 90% των ειδών εντόμων».
«Βελτιώνοντας τη μέθοδο DIPA-CRISPR και καθιστώντας την πιο αποτελεσματική και ευέλικτη, μπορεί να είμαστε σε θέση να επιτρέψουμε την επεξεργασία γονιδιώματος σε όλα σχεδόν τα περισσότερα από 1,5 εκατομμύρια είδη εντόμων, ανοίγοντας ένα μέλλον στο οποίο μπορούμε να εκμεταλλευτούμε πλήρως τις καταπληκτικές βιολογικές λειτουργίες των εντόμων.” – Τακαάκι Ντέιμον
Οι τρέχουσες μέθοδοι επεξεργασίας γονιδίων εντόμων απαιτούν συνήθως μικροέγχυση υλικού σε πρώιμα έμβρυα, περιορίζοντας σοβαρά την εφαρμογή τους σε πολλά είδη. Για παράδειγμα, προηγούμενες μελέτες δεν έχουν διερευνήσει τη γενετική χειραγώγηση των κατσαρίδων λόγω του μοναδικού αναπαραγωγικού τους συστήματος. Επιπλέον, η επεξεργασία των γονιδίων των εντόμων απαιτεί συχνά ακριβό εξοπλισμό, ειδική πειραματική διάταξη για κάθε είδος και υψηλά ειδικευμένο εργαστηριακό προσωπικό. «Αυτά τα προβλήματα με τις συμβατικές μεθόδους έχουν ταλαιπωρήσει ερευνητές που θέλουν να πραγματοποιήσουν επεξεργασία γονιδιώματος σε μια ποικιλία ειδών εντόμων», λέει ο Damon.
Για να ξεπεράσουν αυτούς τους περιορισμούς, ο Ντέιμον και οι συνεργάτες του έγχυσαν ριβονουκλεοπρωτεΐνες Cas9 (RNPs) στην κύρια σωματική κοιλότητα των ενήλικων θηλυκών γρύλων για να εισαγάγουν γενετικές μεταλλάξεις στα αναπτυσσόμενα ωάρια. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η αποτελεσματικότητα της γονιδιακής επεξεργασίας – το ποσοστό των ατόμων που τροποποιήθηκαν από τον συνολικό αριθμό των ατόμων που εκκολάπτονται – θα μπορούσε να φτάσει το 22%. Στο κόκκινο σκαθάρι, το DIPA-CRISPR πέτυχε απόδοση άνω του 50%. Επιπλέον, οι ερευνητές δημιούργησαν σκαθάρια γονιδίων με ταυτόχρονη έγχυση μονόκλωνων ολιγονουκλεοτιδίων και Cas9 RNP, αλλά η αποτελεσματικότητα είναι χαμηλή και θα πρέπει να βελτιωθεί περαιτέρω.
Η επιτυχής εφαρμογή του DIPA-CRISPR σε δύο εξελικτικά απομακρυσμένα είδη καταδεικνύει την ευρεία χρήση του. Αλλά αυτή η προσέγγιση δεν είναι άμεσα εφαρμόσιμη σε όλους τους τύπους εντόμων, συμπεριλαμβανομένων των φρουτόμυγων. Επιπλέον, πειράματα έχουν δείξει ότι ο πιο σημαντικός παράγοντας επιτυχίας είναι το στάδιο της ένεσης των ενήλικων θηλυκών. Κατά συνέπεια, το DIPA-CRISPR απαιτεί καλή γνώση της ανάπτυξης των ωοθηκών. Αυτό μπορεί να είναι δύσκολο σε ορισμένα είδη, λόγω της ποικίλης ιστορίας της ζωής και των αναπαραγωγικών στρατηγικών των εντόμων.
Παρά αυτούς τους περιορισμούς, το DIPA-CRISPR είναι προσβάσιμο, εξαιρετικά πρακτικό και εφαρμόζεται εύκολα σε εργαστήρια, επεκτείνοντας την εφαρμογή της επεξεργασίας γονιδίων σε μια ποικιλία ειδών μοντέλων και μη-μοντέλων εντόμων. Αυτή η τεχνολογία απαιτεί ελάχιστο εξοπλισμό για την ένεση σε ενήλικες και μόνο δύο συστατικά – την πρωτεΐνη Cas9 και έναν μόνο οδηγό[{” attribute=””>RNA—greatly simplifying procedures for gene editing. Moreover, commercially available, standard Cas9 can be used for adult injection, eliminating the need for time-consuming custom engineering of the protein.
“By improving the DIPA-CRISPR method and making it even more efficient and versatile, we may be able to enable genome editing in almost all of the more than 1.5 million species of insects, opening up a future in which we can fully utilize the amazing biological functions of insects,” Daimon says. “In principle, it may be also possible that other arthropods could be genome edited using a similar approach. These include agricultural and medical pests such as mites and ticks, and important fishery resources such as shrimp and crabs.”
Reference: “DIPA-CRISPR is a simple and accessible method for insect gene editing” by Yu Shirai, Maria-Dolors Piulachs, Xavier Belles and Takaaki Daimon, 16 May 2022, Cell Reports Methods.
DOI: 10.1016/j.crmeth.2022.100215
This work was supported by funding from JSPS KAKENHI, JSPS Open Partnership Joint Research Projects, Spanish Ministry of Innovation and Competitiveness, and CSIC-Spain, and in part by Cabinet Office, Government of Japan, Cross-ministerial Moonshot Agriculture, Forestry and Fisheries Research and Development Program.