Genetikai ollóval szabták át a csótányok génállományát

A kutatók kifejlesztettek egy CRISPR-Cas9 alapú módszert a csótányok génjeinek szerkesztésére – adja hírül a Cell Reports Methods szakfolyóirat legfrissebb száma. Az eljárás általánosan alkalmazható lesz a rovarok körében.

A „közvetlen szülői CRISPR"-nak (direct parental CRISPR, DIPA-CRISPR) nevezett, egyszerű és hatékony eljárás során nem a rovarembriókba fecskendezik a génmódosító koktélt, hanem a felnőtt nőstényekbe, amelyekben a peték fejlődnek. „Ezáltal a rovarkutatókat megszabadítottuk a petébe adott injekció nyűgétől – újságolja a tanulmány rangidős szerzője és a Kiotói Egyetem (Japán) kutatója, Takaaki Daimon. – Innentől sokkal szabadabban, tetszésünk szerint szerkeszthetjük a rovarok genomját. A módszer elviekben a rovarfajok több mint 90 százalékára alkalmazható."

A rovarok génszerkesztésére használatos jelenlegi módszerek jobbára a korai embriókba adott mikroinjekción alapulnak, ami sok faj esetében erősen korlátozza az alkalmazhatóságukat. A csótányokban például mindeddig azért nem sikerült génmanipulációt kivitelezni, mert a szaporító szervrendszerük sajátos felépítése ezt nem tette lehetővé. Ezen túlmenően a rovar-génszerkesztéshez hagyományosan drága berendezésekre, különleges fajspecifikus kísérleti felállásra és a technikában nagy jártassággal bíró laboratóriumi személyzetre volt szükség. „Ezek a konvencionális módszerekkel kapcsolatos nehézségek minden olyan kutatót sújtottak, aki sok különböző rovarfajon kívánt volna génszerkesztést végezni" – hangsúlyozza Daimon.

Csótány (illusztráció) Forrás: NurPhoto via AFP

E nehézségek leküzdése érdekében Daimon és munkatársai Cas9 ribonukleoproteineket fecskendeztek felnőtt nőstény csótányok fő testüregébe, hogy örökölhető mutációkat idézzenek elő a fejlődő petékben. Az eredmények azt mutatták, hogy a génszerkesztés hatékonysága – a génmódosított egyedek aránya az összes kikelt egyed körében – elérheti a tekintélyes 22 százalékot. A kukorica-kislisztbogárnál a DIPA-CRISPR-ral több mint 50 százalékos hatékonyságot értek el. A kutatók ezen felül „génbeütött" bogarakat is előállítottak egyszálú oligonukleotidok és Cas9 ribonukleoproteinok együttes befecskendezésével, de ennek hatékonysága még alacsony, így a módszer további fejlesztésre szorul.

Az, hogy a DIPA-CRISPR-t eredményesen kivitelezték két, egymástól evolúciósan ennyire távol eső fajon, bizonyítja az eljárás széles körű alkalmazhatóságát.

Ezzel együtt még ez a megközelítés sem alkalmas közvetlenül az összes rovarfaj génmódosítására, s a kivételek közé tartozik egyebek mellett a genetikusok egyik kedvence, a Drosophila ecetmuslica is. A kísérletek megmutatták azt is, hogy a siker szempontjából leginkább kritikus paraméter az injekcióval kezelt felnőtt nőstények érési stádiuma, ezért a DIPA-CRISPR-hoz pontos ismerettel kell rendelkezni az adott fajban a petefészek fejlődéséről. Ez egyes fajok esetében kihívást jelenthet, mivel a rovarok rendkívüli változatosságot mutatnak az egyedfejlődés és a szaporodási stratégiák tekintetében.

Korlátai ellenére a DIPA-CRISPR minden kutató számára elérhető, praktikus és a laboratóriumokban könnyen kivitelezhető művelet, amely nagy mértékben kiterjeszti a génszerkesztés gyakorlatát a modellnek számító és a nem-modell rovarfajokra egyaránt.

Mivel felnőtt egyedekbe kell az injekciót bejuttatni, a technika minimális felszereltséget igényel, és nagyban leegyszerűsíti a génszerkesztés procedúráját az is, hogy a befecskendezett elegy mindössze két összetevőt – Cas9 fehérjét és egyszálú vezető (guide) RNS-t – tartalmaz. Az eljáráshoz a sztenderd, kereskedelmi forgalomban kapható Cas9 fehérje is alkalmas, ezért nem igényli a fehérje időigényes testreszabását.

„A DIPA-CRISPR módszer további fejlesztésével, hatékonyabbá és rugalmasabbá tételével lehetővé tehetjük a génszerkesztést csaknem az összes – vagyis több mint másfél millió – ma ismert rovarfajban. Ez olyan jövő felé nyit kaput, amelyben teljes mértékben ki tudjuk használni a rovarok lenyűgöző biológiai funkcióit – nyilatkozta Daimon. – Elméletileg lehetséges, hogy a többi ízeltlábú csoportban is megvalósítható a génszerkesztés egy ehhez hasonló megközelítéssel.

Ez érintene olyan mezőgazdasági kártevőket és emberi élősködőket, mint az atkák vagy a kullancsok, valamint fontos tengeri tápélőlényeket, mint a garnélák és a rákok."