Некоторые виды тихоходок чрезвычайно устойчивы к различным экстремальным условиям, губительным для большинства других форм жизни. Генетическая основа этих исключительных способностей остается неуловимой.
Впервые исследователи из Токийского университета успешно отредактировали гены с помощью технологии CRISPR у высокоустойчивых видов тихоходок, которые ранее невозможно было изучить с помощью инструментов редактирования генома. Работа опубликована в PLoS Genetics.
Успешная доставка CRISPR бесполым видам тихоходок напрямую приводит к потомству с отредактированными генами. Создание и редактирование конкретных генов тихоходок позволяет исследователям выяснить, какие из них отвечают за устойчивость тихоходок и как такая устойчивость может работать.
Если вы слышали о тихоходках, то вы, несомненно, слышали об их необычных способностях переживать такие явления, как сильная жара, холод, засуха и даже космический вакуум, которым обладают разные представители этого вида. Поэтому, естественно, они привлекают исследователей, стремящихся изучить эти новинки, не только из любопытства, но и для того, чтобы посмотреть, какие приложения однажды станут возможными, если мы узнаем их секреты.
«Чтобы понять сверхспособности тихоходок, нам сначала нужно понять, как функционируют их гены», — сказал Такеказу Куниеда с факультета биологических наук. «Моя команда и я разработали метод редактирования генов — добавления, удаления или перезаписи — так же, как вы это делаете с компьютерными данными, у очень толерантного вида тихоходок, Ramazzottius varieornatus. Теперь это может позволить исследователям изучать генетические черты тихоходок как они могут быть более устоявшимися лабораторными животными, такими как плодовые мухи или нематоды».
Команда использовала недавно разработанный метод под названием «прямой родительский CRISPR» (DIPA-CRISPR), основанный на ныне известной методике редактирования генов CRISPR, которая может служить генетическим скальпелем для более эффективного вырезания и модификации конкретных генов, чем когда-либо прежде. Преимущество DIPA-CRISPR заключается в том, что он способен влиять на геном потомства целевого организма, и ранее было показано, что он действует на насекомых, но это первый раз, когда он используется на организмах, не являющихся насекомыми, включая тихоходок.
Ramazzzottius varieornatus — полностью женский вид, который размножается бесполым путем, и почти все потомство, в отличие от других животных, имело две идентичные копии одного и того же отредактированного кода, что делает его идеальным кандидатом для DIPA-CRISPR.
«Нам просто нужно было внедрить инструменты CRISPR, запрограммированные на определенные гены для их удаления, в тело родителя, чтобы получить модифицированное потомство, известное как «нокаутное» редактирование», — сказал соавтор исследования Коюки Кондо. «Мы также можем получить генно-модифицированное потомство путем инъекции дополнительных фрагментов ДНК, которые мы хотим включить; это называется редактированием с нокаутом. Доступность редактирования с нокаутом позволяет исследователям точно редактировать геномы тихоходок, позволяя им, например, например, контролировать способ экспрессии отдельных генов или демонстрировать функции генов».
Основная черта устойчивости, которую демонстрирует этот вид, — это их способность выдерживать сильное обезвоживание в течение длительного времени. Ранее было показано, что это частично связано с особым видом гелевого белка в их клетках. И эта черта интересна тем, что она также была применена к клеткам человека.
Куниеда и другие исследователи тихоходок считают, что стоит выяснить, сможет ли когда-нибудь что-то вроде целого человеческого органа быть успешно обезвожено и регидратировано без деградации. Если это возможно, это могло бы произвести революцию в способах донорства, транспортировки и использования органов в хирургии для спасения жизней.
«Я понимаю, что некоторые люди обеспокоены редактированием генов, но мы проводили эксперименты по редактированию генов в хорошо контролируемых условиях и хранили отредактированные организмы в закрытом отсеке», — сказал Куниеда.
«CRISPR может стать невероятным инструментом для понимания жизни и помощи в полезных приложениях, которые могут положительно повлиять на мир. Тихоходки не только дают нам представление о том, какие медицинские достижения могут быть возможны, но их ряд замечательных черт означает, что у них была невероятная эволюционная история, что мы надеемся узнать, сравнивая их геномы с геномами близкородственных существ, используя нашу новую технику, основанную на DIPA-CRIPSR», - резюмировали ученые.
