بحسب مقال نشر في المجلة طرق الإبلاغ عن الخلايا بواسطة Cell Press في 16 مايوذفي عام 2022 ، طور الباحثون تقنية كريسبر-كاس 9 لتعديل الجين في الصراصير. تتضمن عملية “الأبوة المباشرة” المباشرة والفعالة كريسبر (DIPA-CRISPR) حقن المنتجات في بويضة الأنثى النامية.
يقول تاكاكي تيمون ، أستاذ الأبحاث في جامعة كيوتو: “بطريقة ما ، تخلص باحثو الحشرات من تهيج إبرة البيض”. “الآن يمكننا تعديل جينات الحشرات بحرية وبحسب الرغبة. من حيث المبدأ ، يجب أن تعمل هذه الطريقة مع أكثر من 90٪ من أنواع الحشرات.
“من خلال تحسين نظام DIPA-CRISPR وجعله أكثر كفاءة وتنوعًا ، سنتمكن من الاستفادة الكاملة من التحرير الجيني لأكثر من 1.5 مليون نوع من الحشرات حتى نتمكن من تحقيق أقصى استفادة من المستقبل الرائع. الوظائف البيولوجية لـ الحشرات “. – تاكاكي تيمون
تتطلب الأساليب الحالية للتعديل الجيني للحشرات عمومًا التسريب الجرثومي للمواد في الأجنة المبكرة ، مما يقيد بشدة استخدامها للعديد من الكائنات الحية. على سبيل المثال ، لم تحقق الدراسات السابقة التلاعب الجيني بسبب الجهاز التناسلي الفريد للصراصير. بالإضافة إلى ذلك ، غالبًا ما يتطلب تحرير الجينات الآفات معدات باهظة الثمن ، ونظام اختبار محددًا لكل نوع ، وموظفين مختبرات ذوي مهارات عالية. يقول تيمون: “أثرت هذه المشكلات بالطرق التقليدية على الباحثين الذين يريدون إجراء تعديل جيني على مجموعة متنوعة من أنواع الحشرات”.
للتغلب على هذه القيود ، أدخل دايمان ومعاونوه تغييرات وراثية في نمو خلايا البويضات عن طريق حقن بروتينات الريبونوكليوبروتينات CAS9 (RNPs) في تجويف الجسم الحيوي للصراصير البالغة من الإناث. أظهرت النتائج أن قدرة التحرير الجيني – نسبة الأفراد المعدلين في العدد الإجمالي للكتاكيت – يمكن أن تصل إلى 22٪. في خنافس الطحين الحمراء ، كان DIPA-CRISPR فعالاً بنسبة تزيد عن 50٪. علاوة على ذلك ، ابتكر الباحثون خنافس لسان وراثية من خلال الجمع بين أليغنوكليوتيدات أحادية السلسلة و Cas9 RNPs ، لكن الفعالية منخفضة وتحتاج إلى مزيد من التحسين.
يوضح الاستخدام الناجح لـ DIPA-CRISPR في كائنين بعيدين تطوريًا إمكانية تطبيقه على نطاق واسع. لكن هذا النهج لا ينطبق بشكل مباشر على جميع أنواع الحشرات ، بما في ذلك ذباب الفاكهة. بالإضافة إلى ذلك ، أظهرت الاختبارات أن أهم عامل للنجاح هو حالة الحقن للنساء البالغات. نتيجة لذلك ، يتطلب DIPA-CRISPR معرفة جيدة بنمو المبيض. بالنظر إلى السير الذاتية المتنوعة وتقنيات التكاثر للحشرات ، يمكن أن يكون هذا تحديًا في بعض الأنواع.
على الرغم من هذه القيود ، يمكن الوصول إلى DIPA-CRISPR ، وهو عملي للغاية ، ويمكن تنفيذه على الفور في المختبرات ، مما يوسع تطبيق التعديل الوراثي إلى مجموعة واسعة من أنواع الحشرات التي لا تحتوي على عينات. تتطلب هذه التقنية الحد الأدنى من المعدات لحقن البالغين ، ومكونين فقط – بروتين Cas9 ودليل فردي[{” attribute=””>RNA—greatly simplifying procedures for gene editing. Moreover, commercially available, standard Cas9 can be used for adult injection, eliminating the need for time-consuming custom engineering of the protein.
“By improving the DIPA-CRISPR method and making it even more efficient and versatile, we may be able to enable genome editing in almost all of the more than 1.5 million species of insects, opening up a future in which we can fully utilize the amazing biological functions of insects,” Daimon says. “In principle, it may be also possible that other arthropods could be genome edited using a similar approach. These include agricultural and medical pests such as mites and ticks, and important fishery resources such as shrimp and crabs.”
Reference: “DIPA-CRISPR is a simple and accessible method for insect gene editing” by Yu Shirai, Maria-Dolors Piulachs, Xavier Belles and Takaaki Daimon, 16 May 2022, Cell Reports Methods.
DOI: 10.1016/j.crmeth.2022.100215
This work was supported by funding from JSPS KAKENHI, JSPS Open Partnership Joint Research Projects, Spanish Ministry of Innovation and Competitiveness, and CSIC-Spain, and in part by Cabinet Office, Government of Japan, Cross-ministerial Moonshot Agriculture, Forestry and Fisheries Research and Development Program.
