Исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде разработали трансгенных комаров, которые стабильно экспрессируют фермент Cas9 в своей зародышевой линии. Добавление Cas9 позволит использовать инструмент редактирования генов CRISPR для внесения эффективных и целенаправленных изменений в ДНК комаров.
В качестве доказательства концепции исследователи использовали систему, чтобы нарушить развитие кутикулы, крыльев и глаз, в результате чего появились полностью желтые, трехглазые и бескрылые комары. Их долгосрочная цель состоит в том, чтобы использовать комаров, экспрессирующих Cas9, вместе с другой технологией, называемой генными драйвами, для вставки и распространения генов, которые подавляют насекомых, избегая при этом устойчивости, которой обычно способствует эволюция. Aedes aegypti являются основными переносчиками вирусов денге, чикунгуньи, желтой лихорадки и вируса Зика и быстро становятся устойчивыми к обычно используемым пестицидам.
Опубликованное сегодня в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) исследование возглавил Омар Акбари, доцент энтомологии в Колледже естественных и сельскохозяйственных наук UCR и член университетского Института интегративных наук. Биология генома.
Предыдущие попытки использовать редактирование генома для предотвращения распространения патогенов комарами были затруднены низким уровнем мутаций, низкой выживаемостью отредактированных комаров и неэффективной передачей нарушенных генов потомству. Акбари и его коллеги разработали трансгенных комаров, которые стабильно экспрессируют бактериальный фермент Cas9 в зародышевой линии, что позволяет проводить высокоэффективное редактирование генома с использованием системы CRISPR. CRISPR работает как пара молекулярных ножниц, вырезая и заменяя определенные последовательности ДНК на основе направляющей рибонуклеиновой кислоты (РНК). В документе команда использовала систему, чтобы разрушить гены, которые контролируют зрение, полет и питание, в результате чего у комаров появился дополнительный глаз, деформированные крылья, дефекты цвета глаз и кутикулы и другие изменения..
Акбари сказал, что эти штаммы представляют собой первый шаг к использованию систем генных драйвов для контроля над популяциями комаров и уменьшения болезней, которые они распространяют.
Эти штаммы Cas9 можно использовать для разработки драйвов расщепленных генов, которые представляют собой форму геномного драйва, при котором Cas9 и направляющая РНК встраиваются в отдельные геномные локусы и зависят друг от друга для распространения. Это самый безопасный способ разработки и тестирования генных драйвов в лаборатории, чтобы предотвратить распространение в дикой природе», - сказал Акбари.
Генные драйвы значительно повышают вероятность того, что ген или набор генов будут переданы потомству - с 50 до 99 процентов. Это число потенциально может возрасти до 100 процентов, когда целевой ген нарушается в нескольких местах. Этот метод называется мультиплексированием, который недавно был математически смоделирован Акбари и его коллегами из Калифорнийского университета в Беркли..
Генные драйвы могут быть использованы для смещения генетического наследования в пользу быстро распространяющихся саморазрушающих генов, таких как те, которые нарушают фертильность, и могут быть экологически безопасным и экономически эффективным способом подавления популяций, распространяющих болезни. насекомые.
«Следующие шаги должны быть предприняты для определения регуляторных последовательностей, которые можно использовать для экспрессии направляющих РНК из генома, и как только эти последовательности будут идентифицированы, разработка генных драйвов у видов должна быть полностью завершена», - сказал Акбари.