3 Minutės
Genų inžinerijos proveržis: CRISPR technologija taikoma vorams
Vokietijos Bayreuth universiteto mokslininkai pažengė genų inžinerijos srityje, pirmą kartą pritaikę CRISPR-Cas9 genų redagavimo technologiją vorams. Šis inovatyvus tyrimas leido sukurti gyvenamųjų patalpų vorus, gebančius vytis fluorescencinius raudonus šilko siūlus. Tai įrodo, kad galima atlikti funkcinius genų pokyčius voragyviuose – grupėje, kuri iki šiol buvo atspari tiesioginiam genetiniam manipuliavimui.
Skirtingai nei išgalvotose filmų istorijose apie Žmogų-vorą, šie genetiškai modifikuoti vorai nėra radioaktyvūs ir išlieka nepavojingi nuodų atžvilgiu. Išskyrus atliktas genetines manipuliacijas, jie – įprasti gyvenamųjų patalpų vorai (Parasteatoda tepidariorum). Tačiau tokie nauji požymiai kaip akių nebuvimas ar fluorescencinio šilko gamyba žymi svarbų žingsnį biomedicinos ir medžiagų moksle.
CRISPR redaguoto voro šilko moksliniai aspektai
CRISPR-Cas9 – tai revoliucinė genomo redagavimo technologija, leidžianti mokslininkams tiksliai įterpti, pašalinti ar pakeisti konkrečias DNR atkarpas. Iki šio tyrimo CRISPR nebuvo sėkmingai taikytas vorams, nors vorų šilkas žinomas dėl išskirtinių savybių kaip tempimo stiprumo, prilygstančio plienui, ir ypatingo elastingumo. Tokios savybės padaro vorų šilką itin patraukliu kuriant pažangias biomedžiagos ir aviacijos srities medžiagas.
„Atsižvelgiant į platų galimų pritaikymų spektrą, stebėtina, kad iki šiol CRISPR-Cas9 technologija vorams nebuvo bandyta“, – sako prof. Thomas Scheibel, Bayreuth universiteto biochemijos ekspertas ir projekto vadovas.
Eksperimento eiga: kaip mokslininkai modifikavo vorus
Siekdama sukurti genų redagavimo metodiką vorams, tyrimo komanda pradėjo nuo kontrolinio geno „knockout“ eksperimento. Jie pasirinko sine oculis geną, kuris lemia voro akių vystymąsi. Pritaikius CRISPR-Cas9 kompleksą ir jį suleidus į suanestezuotų patelių pilvaplėves, buvo paveiktos kiaušialąstės. Po apvaisinimo, išsiritę vorų jaunikliai turėjo neišsivysčiusias ar visai neturėjo akių – tai įrodė, kad CRISPR metodika veikia in vivo.
Pasisekus šiam eksperimentui, tyrėjai ėmėsi modifikuoti genetinę vorų šilko architektūrą. Nustatyta ir redaguota genų, atsakingų už spidroinų – pagrindinių stipriausio šilko baltymų – gamybą. Pasitelkus CRISPR, įterptas genas, koduojantis raudoną fluorescencinį baltymą, todėl vorai pradėjo gaminti šviečiantį raudoną šilką. Tai įrodė, kad naudojant genų redagavimą galima įterpti norimas funkcijas į natūralų vorų šilką.
Medžiagų mokslo perspektyvos ir platesnė reikšmė
Natūralus vorų šilkas – tikras biologinės inžinerijos šedevras. Skirtingos rūšys gamina bent septynis šilko tipus, pritaikytus specifinėms funkcijoms, pavyzdžiui, tinklų statybai ar grobio gaudymui. Dirbtinis vorų šilkas jau kuriamas, tačiau jo savybės tik dabar ima artėti prie natūralaus varianto. Genų inžinerija suteikia naujas galimybes tiesiogiai keisti šilko baltymus konkretiems poreikiams.
Kaip teigia profesorius Scheibelis: „Pirmą kartą pasaulyje parodėme, kad CRISPR-Cas9 pagalba galima įterpti norimą seką į vorų šilko baltymus ir taip keisti šilko funkcionalumą. Tobulindami jau ir taip įspūdingas vorų šilko savybes, galime sukurti pažangias biotechnologijoms, medicinai ar inžinerijai skirtas medžiagas.“
Kodėl vorai ir jų šilkas svarbūs?
Vorai Žemėje gyvena per 400 milijonų metų, išsivystė daugiau kaip 50 000 rūšių – tai septinta pagal rūšių gausą gyvūnų grupė. Vorų šilko išskirtinės mechaninės savybės įkvėpė daugelį tyrimų, tačiau vorų masinis auginimas neįmanomas dėl jų vienišo ir plėšraus būdo. Todėl natūralaus šilko stygius daro genetinius proveržius ypač reikšmingus.
Genetiškai modifikuotas vorų šilkas, pasižymintis konkrečiomis savybėmis, galės būti naudojamas chirurginėse siūlėse, biologiškai skaidomame tekstile ar naujos kartos kompozituose. Dėl CRISPR-Cas9 technologijos mokslininkai dabar gali sparčiau kurti bioinžinerinius vorų šilkus ir tirti naujas biomaterialų mokslo sritis, kurios iki šiol buvo nepasiekiamos.
Išvados
Sėkmingas vorų genų redagavimas CRISPR-Cas9 metodu reikšmingai prisidėjo prie genų inžinerijos ir medžiagų mokslo pažangos. Mokslininkai, suteikę vorams gebėjimą vyti fluorescencinį raudoną šilką, sukūrė naują požiūrį į voragyvių genomų redagavimą ir atvėrė kelią būsimoms inovacijoms aukštos kokybės, biologinės kilmės medžiagų kūrime. Kadangi CRISPR technologija toliau tobulėja, jos poveikis mokslui, technologijoms ir pramonei gali būti reikšmingas, išplečiant mūsų galimybes inžinerijoje ir biomoksluose visuomenės labui.
Komentarai