Исследователям из Университета Байройта (Германия) удалось создать генетически модифицированного паука, способного плести флуоресцентную красную паутину.
Почему пауки долгое время оставались загадкой для генетиков?
Пауки, несмотря на их широкую распространённость, долгое время не поддавались генетическим модификациям. Существовало два основных препятствия:
Каннибализм — многие виды склонны поедать друг друга, что осложняет лабораторные исследования.
Сложная архитектура генома — ДНК пауков содержит множество повторяющихся участков, затрудняющих редактирование.
Однако возможности пауков по-прежнему интересуют науку. На этот раз для эксперимента учёные выбрали домового паука Parasteatoda tepidariorum — частого обитателя человеческого жилья. Это позволило работать с хорошо изученным, но генетически сложным видом.
Как создали светящуюся паутину?
Чтобы внедрить в паука новый признак, биологи использовали систему CRISPR‑Cas9, добавив в неё последовательность генов, кодирующих красный флуоресцентный белок.
Процедура требовала ювелирной точности и соблюдения нескольких условий:
Самок усыпляли углекислым газом, чтобы предотвратить движение во время микроинъекции.
Раствор с модифицированными генами CRISPR вводили в неоплодотворённые яйцеклетки.
После восстановления самок спаривали с самцами того же вида.
Пояснение к иллюстрации
a) Механизм редактирования геновБелок Cas9 связывается с направляющей РНК (gRNA), комплементарной целевому участку генома паука. Образовавшийся рибонуклеопротеиновый комплекс (RNP) присоединяется к соответствующей цепи ДНК и создаёт двухцепочечный разрыв (DSB) вблизи мотива PAM (protospacer‑adjacent motif). Этот разрыв может быть восстановлен двумя путями:
NHEJ (негомологичное соединение концов) — часто приводит к случайным делециям или вставкам, «выключая» ген.
HDR (гомологичная репарация) — позволяет точно вставить нужную последовательность.
b) Процедура микроинъекции
Обездвиживание — пауков усыпляли CO₂, чтобы предотвратить движение во время инъекции.
Введение RNP‑комплекса — с помощью капиллярной иглы раствор вводили в боковую часть опистосомы (брюшка), избегая повреждения жизненно важных органов.
Оплодотворение — после восстановления самок скрещивали с самцами.
Инкубация яиц — отложенные яйца собирали и выращивали.
c) Стратегии редактирования
Нокаут (KO) — gRNA нацеливали на ген sine oculis (so), отвечающий за развитие глаз (C1).
Нокаут (KI) — в ген major ampullate spidroin 2 (кодирующий паучий шёлк) вставляли последовательность мономерного красного флуоресцентного белка (mRFP) (C2).
В результате родилось потомство, способное производить паутину с красным свечением. При этом естественный процесс создания шёлковых волокон не нарушился — пауки плели нити так же, как и их немодифицированные сородичи.
Почему это важно?
Паучий шёлк — один из самых совершенных природных материалов. Он прочнее стали (по удельной прочности), эластичнее нейлона, и при этом биоразлагаем и невесом. Теперь, когда учёные научились встраивать в него новые свойства, открываются новые перспективы. Например, в медицине могут появиться рассасывающиеся хирургические нити, каркасы для искусственных тканей.
Дополнительный эксперимент: пауки без глаз
Команда также применила метод CRISPR-KO, чтобы «выключить» ген so, предположительно отвечающий за развитие глаз у пауков. Результат подтвердил гипотезу: модифицированные особи родились полностью слепыми. Это открытие поможет лучше понять генетику паукообразных.
Успех немецких учёных доказывает, что редактирование генов пауков возможно. Теперь можно не только изучать их ДНК, но и создавать паутину с заданными свойствами — например, ещё более прочную или проводящую электричество.
Спасибо за внимание. Ваш Cloud4Y. Читайте нас здесь или в Telegram‑канале!
Источник: habr.com