Биологи отредактировали геном клеща

Американские биологи разработали протокол доставки генетического инструментария в эмбрионы клеща, благодаря которому им впервые удалось выключить два гена. Манипуляции с геномом открывают возможности для создания модифицированных линий клещей, необходимых для контроля их численности и устойчивости к паразитам, пишут авторы работы в журнале iScience.

При помощи системы геномного редактирования CRISPR-Cas ученые уже научились вносить направленные изменения в геном множества членистоногих, в подавляющем большинстве принадлежащих к классу насекомых. Среди них особый интерес представляют классический модельный объект генетиков — плодовая мушка Drosophila melanogaster, а также комары. Редактирование генома комаров, в частности, лежит в основе технологии генного драйва, который предлагается использовать для уничтожения природных популяций малярийных комаров.

Редактирование генома насекомых, как правило, осуществляют путем инъекции компонентов системы редактирования CRISPR-Cas в яйца, то есть эмбрионы. Подобную схему исследователи пытались опробовать на иксодовых клещах (членистоногие, родственные паукам), однако столкнулись с тем, что яйца клещей просто невозможно заколоть — их окружает плотная оболочка (хорион), которая способствует созданию повышенного давления внутри яйца, а также толстая восковая кутикула.

Чтобы преодолеть эту проблему, биологи из Университета Невады под руководством Моники Гулиа-Нусс (Monika Gulia-Nuss), которая ранее расшифровала геном распространенного в США черноногого клеща Ixodes scapularis, разработали способ удаления оболочек с эмбриона. Чтобы избавиться от воскового слоя, у самок клещей Ixodes scapularis, содержащихся в лаборатории, перед тем, как те отложат яйца, удалили у них железу, которая продуцирует воск (орган Жене). «Голые» яйца затем обрабатывали хлоридом бензалкония, чтобы удалить хорион, и делали надрез, чтобы немного сбросить давление внутри яйца.

После всех этих манипуляций исследователи наконец смогли ввести при помощи микроинъекции в эмбрионы компоненты системы CRISPR-Cas в виде готового комплекса белка Cas9, который вносит разрез в ДНК, и направляющей РНК, которая указывает белку, где именно резать. В качестве репортерного гена авторы, по аналогии с дрозофилой, выбрали ген Proboscipedia, который отвечает за формирование ротового аппарата. У мух с мутацией этого гена на голове вместо одной из пар отростков вырастают ноги.

В эксперименте предполагалось, что CRISPR-Cas внесет разрез в ДНК, который затем починит сама клетка, в результате чего в последовательности гена появится мутация, нарушающая его функцию. Суммарно исследователи закололи более двух тысяч яиц, но большая часть из них погибла, и только из десяти процентов яиц вылупились клещи. Искомый ген проверили секвенированием у всех вылупившихся клещей, и в сумме нашли только двух мутантных (эффективность редактирования менее двух процентов). Оказалось, что у клещей фенотипическим проявлением мутации служит удлиненный элемент хоботка (гипостом).

Помимо этого, биологи попробовали внести мутацию в ген Chitinase, который, вероятно, необходим для плодовитости клещей, и может стать мишенью для контроля их численности. Эффективность редактирования в этом случае составила до 80 процентов, хотя выживаемость эмбрионов оказалась сопоставимой.

Также авторы работы проверили на клещах еще один способ редактирования насекомых, когда вместо эмбриона компоненты системы редактирования вводят прямо в яичник самке. Теоретически эффективность внесения мутаций в этом случае должна быть выше. Действительно, количество мутантных по гену Proboscipedia клещей увеличилось до четырех процентов от всех вылупившихся, что все равно довольно мало. Исследователи предположили, что мутации в этом гене, вероятно, летальны для клещей, в отличие от насекомых.

Клещи переносят множество инфекций, включая энцефалит, болезнь Лайма, бабезиоз и другие. Редактирование генома могло бы сделать их менее восприимчивыми к заражению этими возбудителями, по аналогии с ГМ-комарами, устойчивыми к малярии.

Дарья Спасская