Ein Albino-Opossum beweist, dass CRISPR auch bei Beuteltieren funktioniert

Riken

Mäuse: prüfen. Eidechsen: prüfen. Tintenfisch: check. Beuteltiere … prüfen.

CRISPR wurde verwendet, um die Gene von Tomaten, Menschen und so ziemlich allem dazwischen zu verändern. Aufgrund ihrer einzigartigen Fortpflanzungsbiologie und ihrer relativen Seltenheit in Laborumgebungen waren Beuteltiere jedoch dem CRISPR-Ansturm entgangen – bis jetzt.

Ein Forscherteam des japanischen RIKEN-Instituts, einer nationalen Forschungseinrichtung, hat die Technologie verwendet, um die Gene einer südamerikanischen Opossum-Art zu bearbeiten. Die Ergebnisse wurden in a beschrieben Neu lernen erscheint heute in Current Biology. Die Fähigkeit, Beuteltiergenome zu optimieren, könnte Biologen helfen, mehr über die Tiere zu erfahren und sie zur Untersuchung von Immunantworten, Entwicklungsbiologie und sogar Krankheiten wie Melanomen zu verwenden.

Ich bin sehr gespannt auf dieses Papier. Es ist eine Leistung, von der ich nicht gedacht hätte, dass sie vielleicht zu meinen Lebzeiten passieren würde, sagt er John VandeBerg , ein Genetiker an der University of Texas Rio Grande Valley, der nicht an der Studie beteiligt war.

Die Schwierigkeiten bei der genetischen Veränderung von Beuteltieren hätten weniger mit CRISPR zu tun als mit den Feinheiten der Fortpflanzungsbiologie von Beuteltieren, sagt er Hiroshi Kiyonari , der Hauptautor der neuen Studie.

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Während Kängurus und Koalas bekannter sind, verwenden Forscher, die Beuteltiere untersuchen, oft Opossums in Laborexperimenten, da sie kleiner und pflegeleichter sind. Graue Kurzschwanzopossums, die in der Studie verwendeten Arten, sind mit den weißgesichtigen nordamerikanischen Opossums verwandt, aber sie sind kleiner und haben keinen Beutel.

Die Forscher von RIKEN verwendeten CRISPR, um ein Gen zu löschen oder auszuschalten, das für die Pigmentproduktion kodiert. Das Targeting dieses Gens bedeutete, dass die Ergebnisse, wenn die Experimente funktionierten, auf einen Blick offensichtlich wären: Die Opossums wären Albino, wenn beide Kopien des Gens ausgeschaltet würden, und gesprenkelt oder mosaikartig, wenn eine einzelne Kopie gelöscht würde.

Der resultierende Wurf umfasste ein Albino-Opossum und ein Mosaik-Opossum (oben abgebildet). Die Forscher züchteten die beiden auch, was zu einem Wurf vollständiger Albino-Opossums führte, was zeigte, dass die Färbung ein vererbtes genetisches Merkmal war.

Die Forscher mussten einige Hürden überwinden, um das Opossum-Genom zu bearbeiten. Zuerst mussten sie den Zeitpunkt der Hormoninjektionen ausarbeiten, um die Tiere auf die Trächtigkeit vorzubereiten. Die andere Herausforderung bestand darin, dass Beuteltiereier kurz nach der Befruchtung eine dicke Schicht um sich herum entwickeln, die als Schleimhaut bezeichnet wird. Dadurch wird es schwieriger, die CRISPR-Behandlung in die Zellen zu injizieren. Bei ihren ersten Versuchen würden Nadeln entweder nicht in die Zellen eindringen oder sie beschädigen, sodass die Embryonen nicht überleben könnten, sagt Kiyonari.

Die Forscher erkannten, dass es viel einfacher wäre, die Injektion zu einem früheren Zeitpunkt durchzuführen, bevor die Beschichtung um das Ei herum zu hart wird. Indem sie änderten, wann die Lichter in den Labors ausgeschaltet wurden, brachten die Forscher die Opossums dazu, sich später am Abend zu paaren, damit die Eier am Morgen, etwa anderthalb Tage später, bereit waren, mit ihnen zu arbeiten.

Die Forscher verwendeten dann ein Werkzeug namens piezoelektrischer Bohrer, der elektrische Ladung nutzt, um die Membran leichter zu durchdringen. Dies half ihnen, die Zellen zu injizieren, ohne sie zu beschädigen.

Ich denke, es ist ein unglaubliches Ergebnis, sagt Richard Behringer , ein Genetiker an der University of Texas. Sie haben gezeigt, dass es geht. Jetzt ist es an der Zeit, die Biologie zu machen, fügt er hinzu.

Opossums werden seit den 1970er Jahren als Labortiere verwendet, und Forscher haben seit mindestens 25 Jahren versucht, ihre Gene zu verändern, sagt VandeBerg, der 1978 mit dem Versuch begann, die erste Laboropossum-Kolonie zu schaffen. Sie waren auch die ersten Beuteltiere, die ihre hatten Genom vollständig sequenziert , in 2007.

Vergleichende Biologen hoffen, dass die Möglichkeit, Opossums genetisch zu modifizieren, ihnen helfen wird, mehr über einige der einzigartigen Aspekte der Beuteltierbiologie zu erfahren, die noch entschlüsselt werden müssen. Wir finden Gene und Beuteltiergenome, die wir nicht haben, was ein bisschen Rätsel aufgibt, was sie tun, sagt er Rob Miller , ein Immunologe an der Universität von New Mexico, der Opossums in seiner Forschung verwendet.

Die meisten Wirbeltiere haben zwei Arten von T-Zellen, eine der Komponenten des Immunsystems (und Eidechsen haben nur eine Art). Aber Beuteltiere, einschließlich Opossums, haben einen dritten Typ, und die Forscher sind sich nicht sicher, was sie tun oder wie sie funktionieren. In der Lage zu sein, die Zellen zu entfernen und zu sehen, was passiert, oder andere Teile des Immunsystems auszuschalten, könnte ihnen helfen, herauszufinden, was diese mysteriöse Zelle tut, sagt Miller.

Opossums werden auch als Modelle für einige menschliche Krankheiten verwendet. Sie gehören zu den wenigen Säugetieren, die es bekommen Melanom (ein Hautkrebs) wie Menschen.

Ein weiteres interessantes Merkmal von Opossums ist, dass sie nach nur 14 Tagen geboren werden, kaum mehr als Zellballen mit Unterarmen, die ihnen helfen, auf die Brust ihrer Mutter zu kriechen. Diese kleinen Jelly Beans entwickeln dann ihre Augen, Hinterbeine und einen ordentlichen Teil ihres Immunsystems, nachdem sie bereits draußen in der Welt sind.

Da so viel von ihrer Entwicklung nach der Geburt stattfindet, könnte es viel einfacher sein, ihr Wachstum zu untersuchen und zu manipulieren, als ähnliche Arbeiten bei anderen Labortieren wie Mäusen durchzuführen. Laut Kiyonari sucht sein Team nach anderen Möglichkeiten, Opossum-Gene zu optimieren, um die Organentwicklung der Tiere zu untersuchen.

Miller und andere Forscher hoffen, dass genmanipulierte Opossums ihnen helfen werden, neue Entdeckungen über die Biologie und über uns selbst zu machen. Manchmal zeigt die vergleichende Biologie, was wirklich wichtig ist, sagt er. „Dinge, die wir gemeinsam haben, müssen grundlegend sein, und Dinge, die unterschiedlich sind, sind interessant.

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