2022年5月24日/医麦客--星耀研究院新闻 PharmaBIGStar News/--蟑螂，四害之一。如果把最讨厌的昆虫排个序，那么它一定高居榜首。但就是这个令人讨厌的昆虫，有一天竟然能成为实验室里的“工具人”。
近期，一篇发表在Cell Reports Methods期刊上的研究就罕见的选用了蟑螂作为基因编辑的实验对象。研究人员开发了一种 CRISPR-Cas9 方法来实现对蟑螂的基因编辑。这种名为“直接亲本”CRISPR (DIPA-CRISPR) 的简单而有效的技术能够将基因编辑材料注射到正在发育卵子的雌性成年体内，直接影响卵子的发育，无需注射胚胎本身中。
“从某种意义上说，昆虫研究人员已经摆脱了注射卵子的烦恼，”京都大学的资深研究作者 Takaaki Daimon 说。“我们现在可以更自由、随意地编辑昆虫基因组。原则上，这种方法应该适用于 90% 以上的昆虫物种。”
如今常用的的昆虫基因编辑方法通常需要将材料显微注射到早期胚胎中，这严重限制了其在许多物种中的应用。例如，由于蟑螂独特的生殖系统，过去的研究尚未实现对蟑螂的基因操作。此外，现有的昆虫基因编辑方法需要昂贵的设备、不同物种的特定实验装置，还对实验室人员有很高的技术操作要求。
Daimon表示：“传统方法的这些问题一直困扰着希望对多种昆虫物种进行基因组编辑的研究人员。”
为了克服这些限制，Daimon 和他的合作者将 Cas9 核糖核蛋白 (RNP) 注入成年雌性蟑螂的主体腔内，以在发育中的卵细胞中引入可遗传的突变。结果表明，最终编辑成功率可高达 22%。
科学家们还在另一种与蟑螂亲缘关系较远的昆虫赤拟谷盗（Tribolium castaneum）身上进行了验证，基因编辑效率甚至可以超过50%，表明DIPA-CRISPR技术有广泛应用的潜力。此外，研究人员通过共注射单链寡核苷酸和Cas9 RNPs产生了基因敲入甲虫，但效率较低，与传统方法相差无几，还需要进一步提高。
DIPA-CRISPR 在两个进化距离较远的物种中的成功应用，证明了其广泛使用的潜力。但这种方法可能并不直接适用于所有昆虫物种。
通过反复探索，研究人员确认了这一试验的最关键的影响参数是向成年雌性蟑螂的注射阶段。这意味着，如果想将DIPA-CRISPR广泛应用，需要深入理解不同昆虫的生活史和繁殖策略，尤其是雌性昆虫的卵巢如何发育。鉴于昆虫的不同生活史和繁殖策略，这在某些物种中可能具有挑战性。
尽管存在这些限制，但 DIPA-CRISPR具有高度可行性和实用性，并且可以在实验室中轻松进行。这有利于将基因编辑的应用扩展到广泛的模型和非模型昆虫物种。该技术仅需要最少的成人注射设备，以及两种成分——标准化Cas9核糖核蛋白和单链向导RNA，不需要额外定制Cas9蛋白，这也大大简化了实验流程。此外，市售的标准Cas9可用于成人注射，无需耗时的蛋白质定制工程。
“通过改进 DIPA-CRISPR 方法并使其更加高效和通用，我们可能能够在超过 150 万种昆虫中实现基因组编辑，未来可以充分利用昆虫惊人的生物学功能，”Daimon说：“原则上，其他节肢动物也有可能使用类似的方法进行基因组编辑。其中包括螨虫和蜱等农业和医疗害虫，以及虾和蟹等重要渔业资源。”
参考资料：
1.https://www.eurekalert.org/news-releases/952439
声明：本文涉及内容仅用于探究生物医药前沿进展，不构成任何医疗指导，如有需求请前往正规医院就诊。
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