Дослідники з Байройтського університету вперше застосували інструмент генної інженерії CRISPR-Cas9 для редагування геному павука. Генномодифікований павук Parasteatoda tepidariorum виробляє червону флуоресцентну павутину.

Павутина – один з найдивовижніших природних матеріалів, що являє собою білок – секрет павутинних залоз, який застигає у формі ниток. За складом вона подібна до шовку, але є значно міцнішою: за міцністю вона близька до нейлону, а внутрішня шарнірність дозволяє ниткам павутини необмежено обертатися та не перекручуватися. Цей матеріал є дуже еластичним, легким та екологічним, тож не дивно, що він становить великий інтерес для дослідників. Одним з відгалужень такого інтересу є експерименти зі зміни параметрів павутини в живому організмі як інструмент дослідження варіативності її структур.

За останнє десятиліття методи генної інженерії, що базуються на системі CRISPR-Cas9, революціонували біологію. З допомогою цього молекулярного інструмента можна виокремлювати та редагувати обрані локації ДНК. Після генетичної модифікації природні механізми відновлення клітин дозволяють вимикати наявні гени або активувати нові. CRISPR-Cas9 довів свою ефективність у численних дослідженнях в галузях біології розвитку та еволюції, а також у матеріалознавстві, боротьбі зі шкідниками та сільському господарстві. За словами професора Томаса Шайбеля, завідувача кафедри біоматеріалів Байройтського університету, враховуючи універсальність та популярність цього інструменту, неймовірно, що його досі не застосовували для генної інженерії павуків.

Для свого експерименту професор Шайбель та його колеги створили ін’єкційний розчин, що містить компоненти системи CRISPR-Cas9 та послідовність гена, який кодує виробництво червоного флуоресцентного білка. Цей розчин вони ввели в яйця незапліднених самиць звичайного хатнього павука Parasteatoda tepidariorum, яких потім спаровували з самцями того ж виду. Результатом експерименту стало потомство у вигляді генетично модифікованих павуків, що виробляли флуоресцентну каркасну павутину червоного кольору – чудова демонстрація успішного увімкнення нового гену в послідовності, що відповідає за синтез павутинних білків.

Німецькі дослідники довели, що CRISPR-Cas9 є ефективним інструментом модифікації властивостей та функціоналу павутини через інтродукцію потрібних генетичних послідовностей. Це досягнення відкриває перспективи для нових досліджень у галузі матеріалознавства, наприклад, для підвищення міцності ниток павутини, що вже мають високу міцність на розтяг. Отже, модифікований у цьому дослідженні білок павутини звичайного хатнього павука може виступати у ролі моделі для подальших експериментів із надання нових властивостей волокнам павутини для розширення потенціалу їхнього використання.

Джерело: Spider Eye Development Editing and Silk Fiber Engineering Using CRISPR-Cas / Edgardo Santiago-Rivera, Dr. Prof. Thomas Scheibel