Постоянное редактирование генов тихоходок помогает раскрыть их удивительную устойчивость
Некоторые виды тихоходок обладают высокой и необычной устойчивостью к различным экстремальным условиям, смертельным для большинства других форм жизни. Генетическая основа этих исключительных способностей остаётся неясной.
Впервые исследователям из Токийского университета удалось отредактировать гены с помощью техники CRISPR у высокоустойчивого вида тихоходок, который ранее было невозможно изучать с помощью инструментов редактирования генома. Работа опубликована в PLoS Genetics.
Успешная доставка CRISPR к бесполому виду тихоходок напрямую приводит к получению генетически отредактированного потомства. Дизайн и редактирование конкретных генов тихоходок позволяют исследователям выяснить, какие из них отвечают за устойчивость и как она работает.
"Чтобы понять сверхспособности тихоходок, нам сначала нужно понять, как функционируют их гены", — говорит доцент Такекадзу Куниэда с кафедры биологических наук.
Его команда разработала метод редактирования генов — добавления, удаления или перезаписи — у очень устойчивого вида тихоходок Ramazzottius varieornatus. Теперь исследователи могут изучать генетические признаки тихоходок так же, как и более привычных лабораторных животных, например, плодовых мушек или нематод.
Команда использовала недавно разработанную технику direct parental CRISPR (DIPA-CRISPR), основанную на знаменитой системе редактирования генов CRISPR. DIPA-CRISPR может влиять на геном потомства целевого организма и ранее была показана на насекомых, но впервые применена к другим организмам, включая тихоходок.
Ramazzottius varieornatus — полностью женский вид, размножающийся бесполым путём. Почти всё потомство имеет две идентичные копии одного и того же отредактированного кода, что делает его идеальным кандидатом для DIPA-CRISPR.
"Нам просто нужно было ввести инструменты CRISPR, запрограммированные на удаление определённых генов, в тело родительской особи, чтобы получить модифицированное потомство — так называемое 'knock-out' редактирование", — пояснил Койуки Кондо, исследователь проекта.
"Мы также могли получить генетически модифицированное потомство, вводя дополнительные фрагменты ДНК, которые мы хотим включить — это называется 'knock-in' редактирование. Возможность такого редактирования позволяет точно изменять геном тихоходок, например, контролировать экспрессию отдельных генов".
Основная черта устойчивости этого вида — способность долгое время выживать в условиях сильного обезвоживания. Ранее было показано, что это частично связано с особым гелеобразным белком в их клетках. Этот признак интересен тем, что его уже применяли к человеческим клеткам.
Куниэда и другие исследователи считают, что стоит изучить, можно ли когда-нибудь успешно обезвоживать и регидратировать целый человеческий орган без деградации. Если это возможно, это может революционизировать донорство, транспортировку и использование органов в хирургии.
"CRISPR может быть невероятным инструментом для понимания жизни и полезных приложений, которые могут положительно повлиять на мир. Тихоходки не только предлагают нам взглянуть на возможные медицинские достижения, но и их набор замечательных черт означает, что у них невероятная эволюционная история", — заключил Куниэда.