CRISPR

Sep 02, 2023

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Muitas coisas sobre pequenos rotíferos nadadores os tornam objetos de estudo ideais. Embora pouco visíveis a olho nu, esses animais transparentes e suas entranhas são facilmente visualizados ao microscópio. Além do mais, eles crescem rapidamente em cultura de laboratório, oferecendo aos cientistas uma perspectiva que de outra forma seria difícil de obter do seu canto do reino animal.

No entanto, embora os rotíferos tenham sido utilizados experimentalmente há mais de um século por muitos grupos de investigação, os cientistas até agora não tiveram a capacidade de manipular prontamente a genética dos rotíferos, colocando um limite rígido nas experiências que podem realizar com estes animais.

Um esforço conjunto de Kristin Gribble e David Mark Welch do Laboratório Biológico Marinho (MBL) superou esse desafio ao desenvolver um método para alterar com precisão os genomas dos rotíferos usando o sistema de edição genética CRISPR-Cas9. Em experiências descritas na PLOS Biology, a sua equipa editou dois genes e adicionou uma sequência genética para produzir alterações que os rotíferos transmitiram através de gerações.

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“Nosso método acaba sendo uma maneira muito prática de gerar um grande número de rotíferos geneticamente alterados com bastante rapidez”, disse Mark Welch, cientista sênior do MBL e diretor do Centro Josephine Bay Paul de Biologia Molecular Comparada e Evolução.

Este avanço não só beneficiará o seu laboratório e o de Gribble, que utilizam rotíferos para estudar a biologia do envelhecimento, mecanismos de reparação do ADN e outras questões fundamentais, mas também “abrirá o campo para permitir que mais pessoas trabalhem com estes animais”, disse Mark Welch. .

Certos seres vivos — a bactéria E. coli, as moscas da fruta e os ratos, por exemplo — tornaram-se bem estabelecidos como organismos modelo que os cientistas utilizam rotineiramente na investigação. Tomados em conjunto, porém, eles não representam adequadamente a plena diversidade da vida.

A equipe do MBL pretende adicionar rotíferos a este grupo de organismos geneticamente tratáveis ​​porque, como pequenos invertebrados com laços estreitos com os ancestrais dos animais modernos, oferecem uma perspectiva importante sobre a evolução, o desenvolvimento e outros aspectos da biologia.

Para desenvolver rotíferos como organismos modelo, os investigadores precisam da capacidade de ajustar os genomas destes animais. Em 2017, a diretora interina do MBL, Melina Hale, da Universidade de Chicago, forneceu financiamento a Gribble e Mark Welch para desenvolver um método para fazer isso usando CRISPR-Cas9. O objetivo de cultivar uma maior variedade de organismos modelo foi posteriormente formalizado como a iniciativa de Novos Organismos de Pesquisa do MBL.

Agora amplamente utilizado em pesquisas, o CRISPR-Cas9 faz cortes precisos no DNA, que os pesquisadores usam para desligar ou alterar genes. Primeiro, porém, eles devem colocar o sistema CRISPR nos animais.

Manchas finas do tamanho de serragem voando pela água, os rotíferos são alvos extraordinariamente desafiadores. Depois de muitas tentativas frustradas de mantê-los imóveis, o primeiro autor Haiyang Feng, então cientista de pós-doutorado no MBL, concebeu uma solução: ao mergulhá-los em uma solução de alta viscosidade e administrar um baixo nível de anestésico, ele desacelerou os animais o suficiente para agarrá-los. um de cada vez com leve sucção através de uma agulha oca.

Com o animal, sempre fêmea, instalado, ele injetou o sistema de edição genética na parte do corpo que fornece nutrientes aos ovos. A prole que eclodiu desses ovos carregou então as mutações, que transmitiram aos seus descendentes.

Dessa forma, a equipe inativou o vasa, gene crucial para o desenvolvimento animal, fazendo com que os rotíferos parassem de se reproduzir após algumas gerações. Ao desligar um segundo gene, mlh3, impediram que os rotíferos produzissem descendentes masculinos. E, finalmente, ao adicionar uma seção de código genético contendo instruções de “parar” ao mlh3, eles alcançaram o mesmo efeito.