En albinopossum bevisar att CRISPR också fungerar för pungdjur

Riken

Möss: kolla. Ödlor: kolla. Bläckfisk: kolla. Pungdjur … kolla.

CRISPR har använts för att modifiera generna hos tomater, människor och nästan allt däremellan. På grund av deras unika reproduktionsbiologi och deras relativa sällsynthet i laboratoriemiljöer, hade dock pungdjur undgått CRISPR-ruset - fram till nu.

Ett team av forskare vid Japans RIKEN Institute, en nationell forskningsanläggning, har använt tekniken för att redigera generna hos en sydamerikansk art av opossum. Resultaten beskrevs i a ny studie ute idag i Current Biology. Förmågan att justera pungdjurens genom kan hjälpa biologer att lära sig mer om djuren och använda dem för att studera immunsvar, utvecklingsbiologi och till och med sjukdomar som melanom.

Jag är väldigt exalterad över att se denna tidning. Det är en prestation som jag inte trodde skulle hända under min livstid, säger John VandeBerg , en genetiker vid University of Texas Rio Grande Valley, som inte var involverad i studien.

Svårigheterna med att genetiskt modifiera pungdjur hade mindre att göra med CRISPR än med krångligheterna i pungdjurens reproduktionsbiologi, säger Hiroshi Kiyonari , huvudförfattaren till den nya studien.

Relaterad berättelse

Genredigering har gjort grisar immuna mot en dödlig epidemi

Ett stort projekt pågår för att sjukdomssäkra grisar som använder CRISPR för att ändra sitt DNA. Är folk nästa?

Medan kängurur och koalor är mer kända, använder forskare som studerar pungdjur ofta opossums i laboratorieexperiment, eftersom de är mindre och lättare att ta hand om. Grå kortstjärtad opossum, arten som används i studien, är släkt med de nordamerikanska opossumarna med vit ansikte, men de är mindre och har ingen påse.

Forskarna på RIKEN använde CRISPR för att radera, eller slå ut, en gen som kodar för pigmentproduktion. Att rikta in sig på den här genen innebar att om experimenten fungerade, skulle resultaten vara uppenbara med en blick: opossumsna skulle vara albino om båda kopiorna av genen slogs ut, och fläckiga, eller mosaik, om en enda kopia raderades.

Den resulterande kullen inkluderade en albinopossum och en mosaikopossum (bilden ovan). Forskarna födde också upp de två, vilket resulterade i en kull med helt albino opossums, vilket visade att färgen var en ärftlig genetisk egenskap.

Forskarna var tvungna att navigera några hinder för att redigera opossumgenomet. Först var de tvungna att räkna ut tidpunkten för hormoninjektioner för att göra djuren redo för dräktighet. Den andra utmaningen var att pungdjursägg utvecklar ett tjockt lager runt dem, kallat ett slemhinneskal, strax efter befruktningen. Detta gör det svårare att injicera CRISPR-behandlingen i cellerna. I sina första försök skulle nålar antingen inte penetrera cellerna eller skada dem så att embryona inte kunde överleva, säger Kiyonari.

Forskarna insåg att det skulle vara mycket lättare att göra injektionen i ett tidigare skede, innan beläggningen runt ägget blev för seg. Genom att byta när lamporna släcktes i labben fick forskarna opossums att para sig senare på kvällen så att äggen skulle vara redo att arbeta med på morgonen, ungefär en och en halv dag senare.

Forskarna använde sedan ett verktyg som kallas en piezoelektrisk borr, som använder elektrisk laddning för att lättare penetrera membranet. Detta hjälpte dem att injicera cellerna utan att skada dem.

Jag tycker att det är ett otroligt resultat, säger Richard Behringer , en genetiker vid University of Texas. De har visat att det går. Nu är det dags att göra biologin, tillägger han.

Opossums har använts som försöksdjur sedan 1970-talet, och forskare har försökt redigera deras gener i minst 25 år, säger VandeBerg, som började försöka skapa den första laboratorieopossumkolonin 1978. De var också det första pungdjuret som fick sina genomet är fullt sekvenserat , under 2007.

Jämförande biologer hoppas att förmågan att genetiskt modifiera opossums kommer att hjälpa dem att lära sig mer om några av de unika aspekterna av pungdjurets biologi som ännu inte har avkodats. Vi hittar gener och pungdjursgenom som vi inte har, så det skapar lite av ett mysterium om vad de gör, säger Rob Miller , en immunolog vid University of New Mexico, som använder opossums i sin forskning.

De flesta ryggradsdjur har två typer av T-celler, en av komponenterna i immunsystemet (och ödlor har bara en typ). Men pungdjur, inklusive opossums, har en tredje typ, och forskare är inte säkra på vad de gör eller hur de fungerar. Att kunna ta bort cellerna och se vad som händer, eller slå ut andra delar av immunsystemet, kan hjälpa dem att ta reda på vad den här mystiska cellen gör, säger Miller.

Opossums används också som modeller för vissa mänskliga sjukdomar. De är bland de få däggdjur som får melanom (en hudcancer) som människor.

En annan intressant egenskap hos opossums är att de föds efter bara 14 dagar, som knappt mer än cellkulor med underarmar som hjälper dem att krypa upp på sin mammas bröst. Dessa små gelébönor utvecklar sedan sina ögon, ryggben och en anständig del av sitt immunsystem efter att de redan är ute i världen.

Eftersom så mycket av deras utveckling sker efter födseln, kan det vara mycket lättare att studera och manipulera deras tillväxt än att utföra liknande arbete på andra laboratoriedjur som möss. Kiyonari säger att hans team letar efter andra sätt att justera opossum-gener för att studera djurens organutveckling.

Miller och andra forskare är hoppfulla att genredigerade opossums kommer att hjälpa dem att göra nya upptäckter om biologi och om oss själva. Ibland avslöjar jämförande biologi vad som verkligen är viktigt, säger han. 'Saker som vi har gemensamt måste vara grundläggande, och saker som är olika är intressanta.

Dölj