Мощный метод редактирования генов продвигает коловраток в пантеоне лабораторных животных

Коловратки — идеальные объекты для исследований. Эти почти невидимые глазу прозрачные животные легко изучать под микроскопом, и они хорошо растут в лабораторных культурах, что даёт учёным ценную перспективу из их уголка животного царства.

Однако, несмотря на более чем вековое использование в экспериментах, у учёных не было возможности легко манипулировать генетикой коловраток, что серьёзно ограничивало эксперименты.

Совместными усилиями Кристин Гриббл и Дэвида Марка Уэлча из Морской биологической лаборатории (MBL) этот барьер преодолён. Они разработали метод точного редактирования геномов коловраток с помощью системы CRISPR-Cas9. В экспериментах, описанных в PLOS Biology, команда отредактировала два гена и добавила генетическую последовательность, получив изменения, которые коловратки передавали через поколения.

"Наш метод оказался очень практичным способом получить большое количество генетически модифицированных коловраток довольно быстро", — сказал Марк Уэлч.

Это достижение не только поможет их лабораториям, изучающим биологию старения, механизмы репарации ДНК и другие фундаментальные вопросы, но и "откроет поле для работы с этими животными большему числу исследователей".

Создание микроскопического водного лабораторного животного

Такие организмы, как бактерия E. coli, плодовые мушки и мыши, стали устоявшимися модельными организмами. Однако вместе они не отражают всего разнообразия жизни.

Команда MBL стремится добавить коловраток в эту группу генетически управляемых организмов, поскольку эти крошечные беспозвоночные, близкие к предкам современных животных, предлагают важную перспективу для изучения эволюции, развития и других аспектов биологии.

Для развития коловраток как модельных организмов исследователям нужна возможность изменять их геномы. В 2017 году MBL выделила финансирование Гриббл и Марку Уэлчу для разработки метода с использованием CRISPR-Cas9. Эта цель позже была формализована как инициатива MBL по новым исследовательским организмам.

CRISPR-Cas9 делает точные разрезы в ДНК, что позволяет учёным отключать или изменять гены. Но сначала систему нужно доставить в животных.

Коловратки, размером с мелкую опилку, стремительно перемещающиеся в воде, представляют собой сложную цель. После многих неудачных попыток их удержать, первый автор Хайян Фэн нашёл решение: погрузив животных в высоковязкий раствор и применив низкую дозу анестетика, он замедлил их достаточно, чтобы захватывать по одной с помощью лёгкого всасывания через полую иглу.

Удерживая животное (всегда самку), он вводил систему редактирования генов в часть её тела, снабжающую питательными веществами яйца. Вылупившееся из этих яиц потомство несло мутации, которые передавало дальше.

Таким образом команда инактивировала ген vasa, критически важный для развития, что привело к прекращению размножения коловраток через несколько поколений. Отключив второй ген, mlh3, они предотвратили появление потомства мужского пола. И, наконец, добавив в mlh3 участок генетического кода со "стоп"-инструкциями, они достигли того же эффекта.

Новые возможности для исследований на коловратках

Оба исследователя намерены использовать метод на основе CRISPR для генетической модификации коловраток в своих работах. Гриббл изучает, как возраст матери влияет на признаки потомства, и исследует роль митохондрий. Новый подход позволит ей метить или изменять митохондрии. Марк Уэлч планирует с его помощью изучить молекулярные механизмы, лежащие в основе способности одного вида коловраток оживать после полного высыхания, включая репарацию повреждений ДНК.

Такие исследования — только начало. "Этот новый инструмент, наряду с простотой выращивания коловраток в лаборатории, позволит использовать их для ответа на множество вопросов, о которых мы даже не думаем", — говорит Гриббл.