CRISPR использовали для изменения социального поведения муравьёв
Две независимые группы исследователей впервые применили технологию редактирования генов CRISPR для внесения изменений в зародышевую линию муравьёв. Эти изменения проявляются в каждой клетке взрослых особей во всей колонии. Исследования опубликованы 10 августа в журнале Cell.
Преодоление сложностей работы с колониями
Муравьи — ценная модель для изучения сложных биологических систем и социального поведения, но их колонии трудно выращивать и изучать в лаборатории. Команды обошли эту проблему, использовав два разных вида:
- Клональные муравьи-кочевники (Ooceraea biroi) — у этого вида нет маток, а неоплодотворённые яйца развиваются как клоны. Это позволило команде из Университета Рокфеллера быстро выращивать колонии генетически идентичных муравьёв с нужной мутацией.
- Индийские прыгающие муравьи (Harpegnathos saltator) — если матка умирает, рабочие особи сражаются за доминирование, и одна из них становится «псевдоматкой» (гамергатом), получая возможность откладывать яйца. Консорциум учёных из NYU, Университета Пенсильвании и других институтов использовал эту особенность, чтобы, отредактировав геном рабочего, преобразовать его в псевдоматку и создать новую колонию.
Цель редактирования — ген orco
Обе команды «выключили» с помощью CRISPR ген orco
(корецептор обонятельных рецепторов). У муравьёв около 350 генов
обонятельных рецепторов, но все они для работы должны объединяться с
корецептором Orco. Одна мутация позволила заблокировать функцию всех 350
рецепторов.
Результаты: потеря обоняния и изменение мозга
После «отключения» гена orco муравьи стали фактически
слепы к феромонным сигналам, которые используют для общения. Это привело
к асоциальному поведению: они блуждали вне гнезда и не могли добывать
пищу.
Более удивительным оказалось влияние на анатомию мозга у взрослых особей обоих видов. Специализированные структуры в мозге, отвечающие за обработку обонятельных сигналов (клубочки антеннальной доли), у мутантных муравьёв оказались в значительной степени утрачены. Учёным ещё предстоит выяснить, погибают ли нейроны из-за неиспользования или не развиваются изначально.
Эпигенетический контекст и параллельное исследование
Муравьи являются отличной моделью для изучения эпигенетики, так как матки и рабочие особи генетически идентичны, но развиваются по-разному.
В отдельном связанном исследовании учёные из Университета Пенсильвании под руководством Роберто Бонасио изменили поведение муравьёв с помощью нейропептида коразонина. Его инъекция подавляла экспрессию белка вителлогенина у особей, превращающихся в псевдоматок, что стимулировало охотничье поведение, характерное для рабочих, и подавляло поведение псевдоматок (дуэли, откладку яиц). Коразонин оказался схож с репродуктивным гормоном позвоночных.
Значение исследований
- Доказательство принципа: работы показывают, что теперь можно проводить генетические исследования на муравьях.
- Модель для изучения: муравьи становятся мощной системой для изучения генетических и эпигенетических основ социального поведения.
- Перспективы для медицины: лучшее биохимическое понимание формирования социального поведения может дать ключи к таким расстройствам, как шизофрения или депрессия, где изменения в социальной коммуникации являются hallmark.