2022-03-08

iScience | 基因编辑改造蜱，还有什么动物没编辑过？

原创 图灵基因 图灵基因 

收录于话题#前沿分子生物学技术

尽管蜱能够传播致人衰弱的病原体，但对蜱的研究却落后于蚊子等其他节肢动物媒介。这在很大程度上是因为在应用现有的基因和分子工具方面存在挑战。例如，到目前为止，蜱类中还没有成功的基因编辑报道。现在，内华达大学的一个团队报告了黑腿蜱中首次成功的CRISPR-Cas9基因组编辑。由于研究人员开发了一种新的胚胎注射方案，这一里程碑成为可能。

“拥有可用的基因组编辑工具将使我们能够解开蜱基因组的一些秘密，并让我们能够确定这些独特的动物如何在环境中生存，它们如何与病原体相互作用，以及我们如何防止蜱虫将疾病传播给人类和牲畜。”内华达大学里诺分校生物化学和分子生物学系副教授Monika Gulia-Nuss博士说。

这项研究发表在《iScience》上的一篇题为“Cas9-mediated gene editing in the black-legged tick, Ixodes scapularis, by embryo injection and ReMOT Control”的论文中。

“以前，没有实验室证明蜱的基因组改造是可能的。一些人认为这在技术上太难实现了。”Gulia-Nuss说，“这是首次证明蜱的遗传转化不仅可以通过一种方法实现，还可以通过两种不同的方法实现。”

CRISPR-Cas9彻底改变了许多生物体的功能遗传学研究。这种基因编辑技术已经应用于蚊子和其他节肢动物疾病载体，但在蜱类中尚未报道成功的基因编辑。为尝试基因编辑而注射蜱虫胚胎的技术挑战进一步减缓了研究进展。由于卵内的高压、坚硬的绒毛膜（卵的外壳）以及在注射前必须去除胚胎外的蜡层，蜱类胚胎极难注射。雌性蜱虫使用一种称为基因器官的特殊器官在它们的卵上涂上一层坚硬的蜡层。

研究人员开发了一种成功的蜱类胚胎注射方案，并使用两种方法对CRISPR-Cas9进行了靶向基因破坏：胚胎注射和受体介导的卵巢货物转导（ReMOT Control）——一种在节肢动物中进行基因编辑的劳动强度较低的方法。研究人员切除了Gene的器官以防止蜡沉积，然后用一种名为苯扎氯铵和氯化钠的化学物质处理卵子，以去除绒毛膜并降低卵子内的压力。

“我们能够仔细解剖怀孕的雌性蜱虫，通过外科手术去除负责在卵上涂蜡的器官，但仍然允许雌性蜱虫产卵。这些无蜡卵允许向蜱虫胚胎注射基因组修改所需的材料。”Gulia-Nuss 说，“另一个主要挑战是了解蜱胚胎发育的时间。我们对蜱胚胎学知之甚少，因此我们需要确定引入CRISPR-Cas9的准确时间，以确保最大限度地诱导基因变化。”

注射胚胎的存活率约为10%，与成熟的昆虫模型相当。对于ReMOT Control，所有注射的蜱都存活了下来。数据显示了通过这两种方法在蜱中进行蜱胚胎注射和基因操作的可行性，这两种方法对在附肢中表达的Proboscipedia（ProbP）基因具有相当的编辑效率。

需要更多的研究来充分了解蜱类中有效基因编辑的分子机制。虽然这些工具将加速蜱的基因研究，但需要改进胚胎注射方案，以提高存活率、幼虫孵化和基因编辑效率。

“我们希望，我们在这里开发的工具将开辟新的研究途径，大大加快我们对这种蜱类及其相关物种的分子生物学的理解。”Gulia-Nuss说，“有针对性地破坏人类病原体蜱虫载体中的基因是揭示蜱虫-病原体-宿主相互作用的潜在生物学的有力方法，可以为蜱虫传播疾病控制的新方法的开发和应用提供信息。”