Ученые создали первого в мире генетически модифицированного паука, производящего красную флуоресцентную паутину

В то время как технология генного редактирования CRISPR-Cas9 произвела революцию во многих областях биологии, до сих пор она никогда не применялась к паукам. Группа исследователей преодолела этот барьер, успешно модифицировав геном обычного домашнего вида пауков, чтобы они производили красную флуоресцентную паутину. Это достижение может привести к новым применениям в материаловедении.

Технология CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) уже несколько лет используется в широком спектре исследований в области биологии развития и эволюции, а также в прикладных областях, таких как материаловедение, борьба с инвазивными видами и повышение урожайности сельскохозяйственных культур.

Существует несколько вариантов CRISPR: одни нацелены на РНК, другие — на экзогенную ДНК. В частности, метод CRISPR-Cas9 позволяет точно разрезать ДНК с помощью нуклеазы (белка Cas9), которая содержит два домена эндонуклеазы, способных вызвать разрыв двойной цепи в целевой последовательности. Этот процесс открывает путь к очень специфическим изменениям генов. Другие версии технологии позволяют активировать или подавлять экспрессию определенных генов.

Таким образом, CRISPR используется как для понимания точной роли отдельных генов, так и для разработки целевой генной терапии. Тем не менее, несмотря на ее применение во многих научных дисциплинах, до сих пор не сообщалось об успешном использовании CRISPR на пауках. Это особенно удивительно, учитывая их эволюционный успех, который делает их крайне интересными объектами для исследований.

Пауки действительно остаются малоизученными в научных исследованиях, особенно по сравнению с другими членистоногими, такими как комары или тараканы. Отчасти это объясняется их огромным видовым разнообразием и сложностью геномной структуры. Кроме того, их каннибалистическое поведение и строгие требования к условиям среды делают их разведение в лаборатории сложной задачей.

Однако биологам из Университета Байройта (Германия) удалось создать первых пауков, модифицированных с помощью CRISPR-Cas9, способных производить красную флуоресцентную паутину. «Мы впервые в мире продемонстрировали, что CRISPR-Cas9 можно использовать для внедрения желаемой последовательности в белки паучьего шелка, что позволяет наделять эти волокна новыми функциями», — заявил в пресс-релизе Томас Шайбель, один из ведущих авторов исследования.

Флуоресцентный красный шелк без изменения своих свойств

Исследователи выбрали Parasteatoda tepidariorum — домашнего паука, широко используемого в лабораториях как модельный организм для изучения биологии пауков. До сих пор генетические модификации этих животных были направлены в основном на изучение их развития или эволюции. На этот раз ученые внедрили в их геном с помощью CRISPR-Cas9 генетическую последовательность, кодирующую белок красного флуоресцентного шелка.

Процесс потребовал введения генетической конструкции в неоплодотворенные яйца. Для этого самок анестезировали CO?, чтобы обездвижить их во время процедуры, а после стабилизации состояния скрещивали с самцами того же вида.

Их потомство, как и ожидалось, производило красные флуоресцентные паутины без заметного ухудшения качества шёлка. «Araneae (пауки) известны в первую очередь своим шёлком — знаковым материалом в области материаловедения», — отмечают исследователи в статье, опубликованной в журнале Angewandte Chemie International Edition. «Успешная модификация паучьего шёлка in vivo позволит разрабатывать и применять новые функции в самых разных областях», — подчёркивают они.

Паучий шёлк уже давно привлекает внимание учёных в области материаловедения и биотехнологий благодаря своей выдающейся прочности, эластичности, лёгкости и биоразлагаемости. Эти генетически модифицированные пауки могут помочь в производстве более широкого спектра шёлков с уникальными свойствами.

Команда также исследовала другой аспект генного редактирования, испытав метод «CRISPR-нокаута», который заключается в отключении определённого гена для изучения его функции. Учёные сосредоточились на гене so, предположительно участвующем в развитии глаз. Модифицированные таким образом яйца дали пауков без глаз, что подтвердило роль этого гена в процессе и позволило глубже понять сложную биологию этих животных.

«Наше исследование расширяет применение CRISPR на пауков и предоставляет ценную информацию как для генетики развития, так и для материаловедения», — заключают авторы работы.

Источник: new-science.ru

Комментарии: