Dieser erste Fall genetischer Manipulation bei einer Eidechse hat einen Modellorganismus geschaffen, der dazu beitragen könnte, die Evolution und Entwicklung von Reptilien besser zu verstehen
CRISPR-Cas9 oder einfach CRISPR ist ein einzigartiges, schnelles und kostengünstiges Gen Bearbeitungswerkzeug, das die Bearbeitung eines Genoms durch Löschen, Hinzufügen oder Ändern ermöglicht DNA. Die Abkürzung CRISPR steht für „Clustered Regularly Inter-Spaced Palindromic Repeats“. Dieses Tool ist einfach und präziser als die bisherigen Methoden zur Bearbeitung DNA.
Das CRISPR-Cas9-Tool injiziert Organismen im Zygotenstadium (eine Zelle) ein DNA-Konstrukt aus (a) Cas9-Enzym, das als „Schere“ fungiert und einen Teil der DNA schneiden oder löschen kann, (b) Leit-RNA – eine Sequenz, die stimmt mit dem Zielgen überein und führt so das Cas9-Enzym zum Zielort. Sobald ein Zielabschnitt der DNA geschnitten ist, verbindet sich die DNA-Reparaturmaschinerie der Zelle wieder mit dem verbleibenden Strang und bringt dabei das Zielgen zum Schweigen. Oder das Gen könnte "korrigiert" werden, indem eine neue modifizierte DNA-Matrize in einem Prozess verwendet wird, der als homologiegerichtete Reparatur bezeichnet wird. Somit ermöglicht das CRISPR-Cas9-Tool genetische Veränderungen durch Injektion Gen-Editing Lösungen in ein einzelliges befruchtetes Ei. Dieser Prozess verursacht eine genetische Veränderung (Mutation) in allen nachfolgenden Zellen, die produziert werden, wodurch die Genfunktion beeinflusst wird.
Obwohl CRISPR-Cas9 routinemäßig bei vielen Arten einschließlich Fischen, Vögeln und Säugetieren verwendet wird, war es bisher nicht erfolgreich bei der genetischen Manipulation von Reptilien. Dies liegt vor allem an zwei Barrieren. Erstens speichern weibliche Reptilien Spermien langfristig in ihrem Eileiter, was es schwierig macht, den genauen Zeitpunkt der Befruchtung zu bestimmen. Zweitens hat die Physiologie der Eier von Reptilien viele Merkmale wie biegsame Eierschalen, Zerbrechlichkeit ohne Luftraum im Inneren, was es schwierig macht, die Embryonen zu manipulieren, ohne zu reißen oder zu beschädigen.
In einem auf . hochgeladenen Artikel bioRxiv Am 31. März 2019 haben Forscher über die Entwicklung und Erprobung einer Möglichkeit zur Verwendung von CRISPR-Cas9 berichtet Gen Bearbeitung erstmals bei Reptilien. Die in der Studie ausgewählte Reptilienart war eine tropische Eidechse namens Anolis sagrei oder häufiger brauner Anole, der in der Karibik weit verbreitet ist. Die Eidechsen in der Studie wurden aus einer wilden Region in Florida, USA, gesammelt. Diese Art ist aufgrund ihrer Miniaturgröße, der langen Brutzeit und der relativ kurzen durchschnittlichen Zeit zwischen zwei Generationen ideal für die Untersuchung geeignet.
Um die Einschränkungen zu überwinden, mit denen Reptilien derzeit konfrontiert sind, injizierten die Forscher CRISPR-Komponenten in unreife unbefruchtete Eier, während sich die Eier vor der Befruchtung noch in den Eierstöcken weiblicher Eidechsen befanden. Sie zielten auf das Tyrosinase-Gen ab, das ein Enzym produziert, das die Hautpigmentierung bei Eidechsen kontrolliert, und wenn dieses Gen entfernt wird, würde die Eidechse als Albino geboren. Dieser deutliche Pigmentierungsphänotyp war der Grund, sich für das Tyrosinase-Gen zu entscheiden. Die mikroinjizierten Eier reifen dann im Weibchen heran und werden anschließend auf natürliche Weise mit einem eingeführten männlichen oder eingelagerten Sperma befruchtet.
Als Ergebnis wurden wenige Wochen später vier Albino-Eidechsen geboren, was bestätigte, dass das Gen Tyrosinase deaktiviert wurde und das Gen Bearbeitung Der Prozess war erfolgreich. Da die Nachkommen veränderte Gene von beiden Elternteilen enthielten, war klar, dass CRISPR-Komponenten in der unreifen Eizelle der Mutter viel länger aktiv blieben und nach der Befruchtung die väterlichen Gene mutierten. So zeigten mutierte Albino-Eidechsen manipulierte Tyrosinase in Genen, die sowohl von der Mutter als auch vom Vater geerbt wurden, da Albinismus ein Merkmal ist, das von beiden Elternteilen geerbt wurde.
Dies ist die erste Studie, die genetisch veränderte Reptilien effektiv produziert. In ähnlicher Weise könnte die Forschung auch bei anderen Eidechsenarten wie Schlangen funktionieren, bei denen bisherige Ansätze bisher erfolglos blieben. Diese Arbeit könnte dazu beitragen, ein weiteres Verständnis der Evolution und Entwicklung von Reptilien zu erlangen.
***
{Diese Studie wird derzeit zur Peer-Review eingereicht. Sie können die Preprint-Version lesen, indem Sie auf den unten angegebenen DOI-Link in der Liste der zitierten Quellen klicken}
Quelle (n)
Rasys AM et al. 2019. Vorabdruck. CRISPR-Cas9 Gene Editing bei Eidechsen durch Mikroinjektion unbefruchteter Eizellen. bioRxiv. https://doi.org/10.1101/591446
