Технология генного редактирования CRISPR-Cas9, совершившая прорыв в биологии, наконец-то нашла применение в арахнологии. Исследователям впервые удалось успешно отредактировать геном паука, что открывает новые горизонты для материаловедения и изучения этих загадочных членистоногих.
CRISPR-Cas9 — это высокоточный молекулярный инструмент, позволяющий вносить целенаправленные изменения в ДНК. Система работает по принципу «молекулярных ножниц»: белок Cas9 разрезает цепочку ДНК в строго заданном месте, что позволяет удалять, добавлять или изменять генетические последовательности. Эта технология уже доказала свою эффективность в медицине, сельском хозяйстве и фундаментальных исследованиях, однако до недавнего времени пауки оставались вне её досягаемости.
Почему пауки были сложной мишенью для CRISPR?
Несмотря на эволюционный успех и видовое разнообразие, пауки долгое время оставались малоизученными с генетической точки зрения. Этому есть несколько причин. Во-первых, их геномы часто имеют сложную структуру. Во-вторых, многие виды демонстрируют каннибализм, что затрудняет их разведение в лаборатории. Кроме того, пауки предъявляют строгие требования к условиям содержания, включая влажность и температуру.
Обратите внимание: Подруга никогда не готовит в микроволновке. Говорит, что это не безопасно. Решила узнать, так ли это.
Всё это создавало серьёзные технические барьеры для применения передовых методов генной инженерии.Прорыв немецких учёных: паук, плетущий светящуюся паутину
Группе биологов из Университета Байройта (Германия) удалось преодолеть эти препятствия. В качестве модельного организма они выбрали обычного домового паука (Parasteatoda tepidariorum). Учёные использовали CRISPR-Cas9 для вставки в его геном последовательности, кодирующей красный флуоресцентный белок, непосредственно в гены, ответственные за производство шёлка.
Процедура редактирования была ювелирной: генетическую конструкцию вводили в неоплодотворённые яйцеклетки самки, предварительно обездвиженной с помощью углекислого газа. После стабилизации состояния её скрещивали с самцом. В результате на свет появилось потомство, способное производить паутину, которая светится красным под определённым освещением. Принципиально важно, что ключевые механические свойства шёлка — его прочность и эластичность — при этом не пострадали.
«Мы впервые в мире показали, что с помощью CRISPR-Cas9 можно встраивать заданные последовательности в белки паучьего шёлка, наделяя волокна совершенно новыми функциями», — подчеркнул один из ведущих авторов работы Томас Шайбель.
Перспективы для материалов будущего и фундаментальной науки
Паучий шёлк — уникальный биоматериал, сочетающий невероятную прочность, лёгкость, эластичность и способность к биологическому разложению. Возможность программировать его свойства на генетическом уровне открывает фантастические перспективы. В будущем можно будет создавать шёлк с заданными характеристиками: например, с повышенной прочностью для бронежилетов, с проводящими свойствами для электроники или с возможностью доставки лекарств в медицине.
Помимо этого, исследователи продемонстрировали ещё одно применение CRISPR — так называемый «нокаут гена». Они «выключили» ген so, который, как предполагалось, участвует в формировании глаз. Из отредактированных яиц действительно вылупились пауки без глаз, что подтвердило функцию этого гена и предоставило учёным мощный инструмент для изучения биологии развития пауков.
Таким образом, данное исследование не только расширяет арсенал генетиков, включая в него пауков, но и создаёт мост между фундаментальной биологией развития и прикладным материаловедением, предлагая новые пути для создания инновационных материалов.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.