Исследовательская группа по биоматериалам немецкого Университета Байройта впервые успешно применила инструмент редактирования генов CRISPR-Cas9 к обычным домовым паукам. После генетической модификации пауки стали производить красный флуоресцентный шелк.
Паучий шелк - одно из самых интересных волокон в области материаловедения: в частности, его драглайновая нить чрезвычайно прочна на разрыв, при этом она эластична, легка и биоразлагаема. Если ученым удастся повлиять на производство паучьего шелка in vivo - в живом животном - и тем самым получить представление о структуре драглайновой нити, это может проложить путь к разработке новых функциональных возможностей шелка для широкого спектра применений.
За последнее десятилетие инструмент редактирования генов CRISPR-Cas9 произвел революцию в биологии. С помощью этого молекулярного инструмента исследователи могут нацеливаться и вырезать определенные участки ДНК. Затем можно использовать естественные механизмы восстановления клетки, чтобы вырубить ген или вставить новый.
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, доктор Томас Шайбель, заведующий кафедрой биоматериалов в Университете Байройта и старший автор исследования, опубликованного в Angewandte Chemie.
Для своего нового подхода профессор Шайбель и его аспирант Эдгардо Сантьяго-Ривера разработали инъекционный раствор, который включал компоненты системы редактирования генов, а также последовательность гена для красного флуоресцентного белка. Этот раствор вводился в яйца неоплодотворенных самок пауков, которые затем спаривались с самцами того же вида. В результате потомство пауков с отредактированным геном показало красную флуоресценцию в своем драглайновом шелке - явное доказательство успешного встраивания последовательности гена в белок шелка.
«Мы впервые в мире продемонстрировали, что CRISPR-Cas9 можно использовать для включения желаемой последовательности в белки паучьего шелка, тем самым обеспечивая функционализацию этих шелковых волокон. Возможность применения редактирования генов CRISPR к паучьему шелку очень перспективна для исследований в области материаловедения — например, ее можно использовать для дальнейшего повышения и без того высокой прочности паучьего шелка на разрыв», - говорит Шайбель.
Таким образом, белок паучьего шелка, обработанный в этом исследовании, служит первой моделью для разработки шелковых волокон с новыми свойствами, поддерживая их функционализацию для будущих применений.
Источник: University of Bayreuth. doi.org/10.1002/anie.202502068
На фото - исследуемый обыкновенный домовой паук (Parasteatoda tepidariorum), который производил красный флуоресцентный шелк после генетического редактирования с использованием CRISPR-Cas9. Источник фото: University of Bayreuth.