Американські біологи розробили протокол доставки генетичного інструментарію в ембріони кліща, завдяки якому їм вперше вдалося вимкнути два гена. Маніпуляції з геномом відкривають можливості для створення модифікованих ліній кліщів, необхідних для контролю їх чисельності і стійкості до паразитів, пишуть автори роботи в журналі.
За допомогою системи геномного редагування CRISPR-Cas вчені вже навчилися вносити спрямовані зміни в геном безлічі членистоногих, які в переважній більшості належать до класу комах. Серед них особливий інтерес представляють класичний модельний об'єкт генетиків - плодова мушка, а також комарі. Редагування генома комарів, зокрема, лежить в основі технології генного драйву, який пропонується використовувати для знищення природних популяцій малярійних комарів.
Редагування генома комах, як правило, здійснюють шляхом ін'єкції компонентів системи редагування CRISPR-Cas в яйця, тобто ембріони. Подібну схему дослідники намагалися випробувати на іксодових кліщах (членистоногі, родинні павукам), проте зіткнулися з тим, що яйця кліщів просто неможливо заколоти - їх оточує щільна оболонка (хорион), яка сприяє створенню підвищеного тиску всередині яйця, а також товста воскова кутикула.
Щоб подолати цю проблему, біологи з Університету Невади під керівництвом Моніки Гуліа-Нусс (Monika Gulia-Nuss), яка раніше розшифрувала геном поширеного в США чорноногого кліща розробили спосіб видалення оболонок з ембріона. Щоб позбутися воскового шару, у самок кліщів містяться в лабораторії, перед тим, як ті відкладуть яйця, видалили у них залізу, яка продукує віск (орган Жені). «Голі» яйця потім обробляли хлоридом бензалконію, щоб видалити хоріон, і робили надріз, щоб трохи скинути тиск всередині яйця.
Після всіх цих маніпуляцій дослідники нарешті змогли ввести за допомогою мікроін'єкції в ембріони компоненти системи CRISPR-Cas у вигляді готового комплексу білка Cas9, який вносить розріз в ДНК, і направляючої РНК, яка вказує білку, де саме різати. Як репортерний ген автори, за аналогією з дрозофілою, вибрали ген, який відповідає за формування ротового апарату. У мух з мутацією цього гена на голові замість однієї з пар відростків виростають ноги.
В експерименті передбачалося, що CRISPR-Cas внесе розріз в ДНК, який потім полагодить сама клітина, в результаті чого в послідовності гена з'явиться мутація, що порушує його функцію. Сумарно дослідники закололи більше двох тисяч яєць, але велика частина з них загинула, і тільки з десяти відсотків яєць вилупилися кліщі. Шуканий ген перевірили секвенуванням у всіх кліщів, що вилупилися, і в сумі знайшли тільки двох мутантних (ефективність редагування менше двох відсотків). Виявилося, що у кліщів фенотипічним проявом мутації служить подовжений елемент хоботка (гіпостом).
Крім цього, біологи спробували внести мутацію в ген, який, ймовірно, необхідний для плодотворності кліщів, і може стати мішенню для контролю їх чисельності. Ефективність редагування в цьому випадку склала до 80 відсотків, хоча виживаність ембріонів виявилася порівнянною.
Також автори роботи перевірили на кліщах ще один спосіб редагування комах, коли замість ембріона компоненти системи редагування вводять прямо в яєчник самиці. Теоретично ефективність внесення мутацій в цьому випадку повинна бути вище. Дійсно, кількість мутантних за геном кліщів збільшилася до чотирьох відсотків від усіх, хто вилупився, що все одно досить мало. Дослідники припустили, що мутації в цьому гені, ймовірно, летальні для кліщів, на відміну від комах.
Кліщі переносять безліч інфекцій, включаючи енцефаліт, хворобу Лайма, бабезіоз та інші. Редагування геному могло б зробити їх менш сприйнятливими до зараження цими збудниками, за аналогією з ГМ-комарами, стійкими до малярії.