CRISPR基因編輯現在可以直接在雌性蟑螂身上進行

根據2022年5月16日細胞出版社在《細胞報告方法》雜誌上發表的一篇論文,研究人員設計了一種CRISPR-Cas9技術來實現蟑螂的基因編輯。這種直接而有效的”直接親本”CRISPR(DIPA-CRISPR)程序涉及將材料注射到卵子正在發育的雌性成年蟲體內,而不是注射到胚胎本身。

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“從某種意義上說,昆蟲研究人員已經從注射卵子的煩擾中解脫出來,”高級研究作者、京都大學的大門孝明說。”我們現在可以更自由和隨意地編輯昆蟲的基因組。原則上,這種方法應該對90%以上的昆蟲物種有效。”

“通過改進DIPA-CRISPR方法並使其更加有效和通用,我們也許能夠在150多萬種昆蟲中的幾乎所有物種中實現基因組編輯,開闢一個我們能夠充分利用昆蟲的神奇生物功能的未來。”- 大門孝明

目前的昆蟲基因編輯方法通常需要將材料顯微注射到早期胚胎中,嚴重限制了其在許多物種中的應用。例如,由於蟑螂獨特的生殖系統,過去的研究並沒有實現對蟑螂的基因操作。此外,昆蟲基因編輯往往需要昂貴的設備,每個物種的特定實驗裝置,以及高度熟練的實驗室人員。傳統方法的這些問題一直困擾着那些希望對各種昆蟲物種進行基因組編輯的研究人員。

為了克服這些限制,大門孝明和他的合作者將Cas9核糖核酸蛋白(RNPs)注入成年雌性蟑螂的體腔,在發育中的卵細胞中引入可遺傳的突變。結果表明,基因編輯效率–被編輯的個體在孵化的個體總數中的比例–可以達到22%,DIPA-CRISPR更是達到了50%以上的效率。此外,研究人員通過共同注射單鏈寡核苷酸和Cas9 RNPs產生了基因敲除后的蟑螂,但效率很低,需要設法進一步提高。

DIPA-CRISPR在兩個進化上相距甚遠的物種中的成功應用顯示了其廣泛使用的潛力。但該方法並不直接適用於所有昆蟲物種,包括果蠅。此外,實驗表明,成功的最關鍵參數是注射的成年雌性的階段。因此,DIPA-CRISPR需要對卵巢發育有良好的了解。鑒於昆蟲的生活史和繁殖策略的多樣性,這在某些物種中可能具有挑戰性。

儘管有這些限制,DIPA-CRISPR是可獲得、高度實用且可以很容易地在實驗室實施,將基因編輯的應用擴展到廣泛的模型和非模型昆蟲物種。該技術只需要最小的成體注射設備,而且只有兩個組件–Cas9蛋白和單嚮導RNA,大大簡化了基因編輯的程序。此外,標準Cas9可用於成蟲注射,消除了耗時的蛋白質定製工程的需要。

“通過改進DIPA-CRISPR方法並使其更加高效和通用,我們可能能夠在150多萬種昆蟲中的幾乎所有物種中實現基因組編輯,開闢一個我們能夠充分利用昆蟲的驚人生物功能的未來,”大門孝明說。”原則上,其他節肢動物也有可能使用類似的方法進行基因組編輯。這些動物包括農業和醫療害蟲,如蟎蟲和蜱蟲,以及重要的漁業資源,如蝦和蟹”。