Naukowcy zmodyfikowali geny pająków. Świecą i tkają niezwykłą nić

Edycja genów CRISPR u pajęczaków

Choć inżynieria genetyczna nie jest już dziś niczym nowym, to pająki przez długi czas pozostawały poza jej zasięgiem. Powodów było wiele, ich genom jest wyjątkowo złożony, a same zwierzęta bywają agresywne i nieprzewidywalne, co znacząco utrudnia prowadzenie badań. Mimo to zespół naukowców z Uniwersytetu w Bayreuth w Niemczech postanowił podjąć wyzwanie i przenieść nowoczesną biotechnologię na pajęcze terytorium. Przełom był możliwy dzięki technologii edycja genów CRISPR, której początki sięgają 2012 roku. To wtedy naukowcy po raz pierwszy zademonstrowali, że enzym Cas9 można wykorzystać do precyzyjnego cięcia DNA w wybranym miejscu. Od tego czasu CRISPR zrewolucjonizował biologię, zmieniając sposób, w jaki ingerujemy w genomy bakterii, roślin, zwierząt – a teraz także pająków.

Efektem tego śmiałego eksperymentu jest pająk, który tka czerwony, fluorescencyjny jedwab. Nie chodzi tu tylko o efektowny wygląd. To także dowód, że technologia stosowana w procesie, który określamy jako edycja genów CRISPR, zadziałała u tego niedostatecznie zbadanego stworzenia.

Polecamy: Ten kryształ zmienia kolor przy toksynach. Działa jak czujnik

Pierwsza udana edycja genów CRISPR

Wszystko zaczęło się od opracowania specjalnego roztworu zawierającego komponenty CRISPR i gen kodujący czerwone białko fluorescencyjne. Następnie naukowcy wstrzyknęli go bezpośrednio do niezapłodnionych jaj pająka pospolitego (Parasteatoda tepidariorum). Aby ułatwić pracę, samice zostały wcześniej uśpione dwutlenkiem węgla, co zapobiegło ich ruchom podczas zabiegu.

Po zabiegu samice doszły do siebie i zostały połączone z samcami. Ich potomstwo przędło nici nasycone czerwonym białkiem fluorescencyjnym, widoczne pod światłem UV. To pierwszy dowód na skuteczną edycję genów CRISPR u pająków, przeprowadzoną bez zmiany struktury fizycznej pajęczej nici.

 „Po raz pierwszy na świecie zademonstrowaliśmy, że CRISPR-Cas9 można wykorzystać do włączenia pożądanej sekwencji do białek jedwabiu pajęczego, umożliwiając w ten sposób funkcjonalizację tych włókien” – wyjaśnił w rozmowie z portalem New Atlas, Prof. Thomas Scheibel, który kierował badaniami.

Po co modyfikować pajęczą sieć?

Można zadać pytanie: czy naprawdę potrzebujemy pajęczyn świecących na czerwono? Wbrew pozorom, tak. Jedwab pajęczy to jeden z najbardziej niezwykłych naturalnych materiałów. Jest lekki, elastyczny, wyjątkowo wytrzymały i całkowicie biodegradowalny. Edycja genów CRISPR pozwala nie tylko zmieniać kolory nici, ale również wpływać na ich właściwości mechaniczne.

 „Możliwość zastosowania CRISPR do jedwabiu pajęczego jest bardzo obiecująca. Może prowadzić do dalszego zwiększenia jego wytrzymałości na rozciąganie” – dodaje prof. Scheibel.

Modyfikowany jedwab mógłby z czasem posłużyć do tworzenia supertrwałych nici chirurgicznych, biodegradowalnych materiałów opatrunkowych, implantów czy ultralekkich tkanin technicznych.

Pająki bez oczu

Co ciekawe, badanie nie dotyczyło wyłącznie pajęczych nici. Niemieccy naukowcy postanowili też sprawdzić, jak CRISPR radzi sobie z tzw. edycją knock-out, czyli „wyciszaniem” określonych genów. Tym razem na cel wzięto gen o nazwie so, który, jak podejrzewano, odpowiada za rozwój oczu u pająków.

W rezultacie potomstwo miało poważne deformacje i nie wykształciły się oczy. To bezpośredni dowód na to, że gen so faktycznie kontroluje rozwój wzroku u tych zwierząt. To także, że edycja genów CRISPR służy nie tylko do tworzenia nowych materiałów, lecz także pomaga lepiej poznawać biologię organizmów, które naukowcy dotąd pomijali w badaniach.

Myślisz, analizujesz, kwestionujesz? Kwartalnik Holistic News jest dla Ciebie.

Eksperyment z czerwonym jedwabiem to nie tylko efektowna ciekawostka. To początek nowego rozdziału w badaniach biomateriałów i rozwoju technik inżynierii genetycznej. Do tej pory naukowcy rzadko wykorzystywali pająki w laboratoriach – teraz coraz częściej po nie sięgają.

CRISPR-Cas9 zyskał już miano „molekularnych nożyczek XXI wieku”. Dzięki niemu możemy precyzyjnie ciąć i „przepisywać” DNA. Teraz, po udanej próbie z pająkami, otwierają się kolejne możliwości. I to nie tylko dla biologów, ale też dla inżynierów i projektantów nowoczesnych materiałów.

Być może w niedalekiej przyszłości w szpitalach, fabrykach czy laboratoriach będą wykorzystywane nici pajęcza, które wcześniej zostały odpowiednio zaprogramowane – właśnie dzięki edycji genów CRISPR.

Polecamy: Niemowlę przeszło do historii medycyny. Wszystko przez jeden gen