Первое генетическое редактирование пауков с помощью CRISPR-Cas дало цветной шёлк
Исследовательская группа «Биоматериалы» Университета Байройта впервые успешно применила инструмент генного редактирования CRISPR-Cas9 к паукам. После генетической модификации пауки начали производить красный флуоресцентный шёлк.
Результаты исследования опубликованы в журнале Angewandte Chemie.
Паучий шёлк — один из самых удивительных волокон в материаловедении. В частности, его паутинная нить (dragline thread) чрезвычайно устойчива к разрыву, а также эластична, легка и биоразлагаема. Если учёным удастся повлиять на производство паучьего шёлка in vivo — в живом организме — и получить представление о структуре паутинной нити, это может открыть путь к разработке новых функциональных свойств шёлка для широкого спектра применений.
За последнее десятилетие инструмент генного редактирования CRISPR-Cas9 произвёл революцию в биологии. С помощью этого молекулярного инструмента исследователи могут нацеливаться на определённые участки ДНК и разрезать их. Затем естественные механизмы репарации клетки можно использовать либо для «выключения» гена (knock-out), либо для вставки нового (knock-in). Благодаря своей эффективности CRISPR-Cas9 уже использовался в многочисленных исследованиях в области биологии развития и эволюции, а также в материаловедении, борьбе с вредителями и сельском хозяйстве.
«Учитывая широкий спектр возможных применений, удивительно, что до сих пор не было исследований с использованием CRISPR-Cas9 на пауках», — говорит профессор д-р Томас Шайбель, заведующий кафедрой биоматериалов Университета Байройта и старший автор исследования.
Для своего нового подхода профессор Шайбель и его аспирант Эдгардо Сантьяго-Ривера разработали инъекционный раствор, который включал компоненты системы генного редактирования, а также генную последовательность для красного флуоресцентного белка. Этот раствор был введён в яйца неоплодотворённых самок пауков, которые затем спаривались с самцами того же вида. В результате потомство генетически отредактированных пауков демонстрировало красную флуоресценцию в своей паутинной нити — явное доказательство успешного knock-in генной последовательности в белок шёлка.
«Мы впервые в мире продемонстрировали, что CRISPR-Cas9 можно использовать для включения желаемой последовательности в белки паучьего шёлка, тем самым позволяя функционализировать эти шёлковые волокна», — говорит Шайбель. «Возможность применения CRISPR-редактирования к паучьему шёлку очень перспективна для исследований в материаловедении. Например, его можно использовать для дальнейшего увеличения уже высокой прочности на разрыв паучьего шёлка».
Таким образом, манипулируемый в этом исследовании белок паучьего шёлка служит первой моделью для разработки шёлковых волокон с новыми свойствами, что способствует их функционализации для будущих применений.