CRISPR

Sep 02, 2023

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Gran parte dei piccoli rotiferi nuotatori li rende soggetti di studio ideali. Sebbene siano appena visibili a occhio nudo, questi animali trasparenti e le loro interiora sono facilmente visibili al microscopio. Inoltre, crescono facilmente nella cultura di laboratorio, offrendo agli scienziati una prospettiva altrimenti difficile da ottenere dal loro angolo del regno animale.

Tuttavia, sebbene i rotiferi siano stati utilizzati sperimentalmente per più di un secolo da molti gruppi di ricerca, finora gli scienziati non hanno avuto la capacità di manipolare prontamente la genetica dei rotiferi, ponendo un limite rigido agli esperimenti che possono eseguire con questi animali.

Uno sforzo congiunto di Kristin Gribble e David Mark Welch del Marine Biological Laboratory (MBL) ha superato questa sfida ideando un metodo per alterare con precisione i genomi dei rotiferi utilizzando il sistema di editing genetico CRISPR-Cas9. Negli esperimenti descritti in PLOS Biology, il loro team ha modificato due geni e ha aggiunto una sequenza genetica per produrre cambiamenti che i rotiferi hanno tramandato di generazione in generazione.

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"Il nostro metodo si rivela un modo molto pratico per generare un gran numero di rotiferi geneticamente modificati abbastanza rapidamente", ha affermato Mark Welch, scienziato senior presso MBL e direttore del Josephine Bay Paul Center for Comparative Molecular Biology and Evolution.

Questo progresso non solo andrà a beneficio del suo laboratorio e di quello di Gribble, che utilizzano i rotiferi per studiare la biologia dell'invecchiamento, i meccanismi di riparazione del DNA e altre questioni fondamentali, ma "aprirà il campo per consentire a più persone di lavorare con questi animali", ha affermato Mark Welch. .

Alcuni esseri viventi, ad esempio il batterio E. coli, i moscerini della frutta e i topi, si sono affermati come organismi modello che gli scienziati utilizzano abitualmente nella ricerca. Nel loro insieme, tuttavia, non rappresentano adeguatamente l’intera diversità della vita.

Il team MBL mira ad aggiungere i rotiferi a questo gruppo di organismi geneticamente trattabili perché, in quanto piccoli invertebrati con stretti legami con gli antenati degli animali moderni, offrono un'importante prospettiva sull'evoluzione, sullo sviluppo e su altri aspetti della biologia.

Per sviluppare i rotiferi come organismi modello, i ricercatori hanno bisogno della capacità di modificare i genomi di questi animali. Nel 2017, la direttrice ad interim dell’MBL Melina Hale dell’Università di Chicago ha fornito a Gribble e Mark Welch i finanziamenti per ideare un metodo per farlo utilizzando CRISPR-Cas9. L'obiettivo di coltivare una maggiore varietà di organismi modello fu successivamente formalizzato come iniziativa New Research Organisms di MBL.

Ora ampiamente utilizzato nella ricerca, CRISPR-Cas9 effettua tagli precisi all’interno del DNA, che i ricercatori utilizzano per disattivare o alterare i geni. Prima, però, devono introdurre il sistema CRISPR negli animali.

Piccoli granelli delle dimensioni di una segatura che sfrecciano nell'acqua, i rotiferi rappresentano bersagli insolitamente impegnativi. Dopo molti tentativi infruttuosi di tenerli fermi, il primo autore Haiyang Feng, allora scienziato post-dottorato presso la MBL, ha ideato una soluzione: immergendoli in una soluzione ad alta viscosità e somministrando un basso livello di anestetico, ha rallentato gli animali abbastanza da afferrarli. uno alla volta aspirandoli leggermente attraverso un ago cavo.

Con l'animale, sempre femmina, a posto, ha iniettato il sistema di editing genetico nella parte del suo corpo che fornisce nutrienti alle uova. La prole che si schiudeva da queste uova portava poi le mutazioni, che trasmettevano alla loro prole.

In questo modo, il team ha inattivato vasa, un gene cruciale per lo sviluppo animale, facendo sì che i rotiferi smettessero di riprodursi dopo poche generazioni. Disattivando un secondo gene, mlh3, hanno impedito ai rotiferi di produrre prole maschio. E, infine, aggiungendo una sezione di codice genetico contenente le istruzioni “stop” in mlh3, hanno ottenuto lo stesso effetto.