Команда использовала редактирование генома CRISPR-Cas9, чтобы выбить ген пигментации у эмбрионов кальмаров, что с высокой эффективностью устранило пигментацию в глазу и в клетках кожи (хроматофоры).
«Это важный первый шаг к способности нокаутировать и включать гены у головоногих моллюсков для решения множества биологических вопросов», – говорит Розенталь.
Головоногие моллюски (кальмары, осьминоги и каракатицы) обладают самым большим мозгом среди всех беспозвоночных, распределенной нервной системой, способной мгновенно маскироваться и изощренным поведением, уникальным строением тела и способностью широко перекодировать свою собственную генетическую информацию в рамках РНК-мессенджера, а также других Отличительные черты. Они открывают множество возможностей для изучения и находят применение в самых разных областях, от эволюции и развития до медицины, робототехники, материаловедения и искусственного интеллекта.
Способность отключать ген для проверки его функции является важным шагом в развитии головоногих моллюсков как генетически поддающихся изучению организмов для биологических исследований, увеличивая количество видов, которые в настоящее время доминируют в генетических исследованиях, таких как плодовые мухи, рыбки данио и мыши.
Это также необходимый шаг на пути к способности воздействовать на гены, которые облегчают исследования, такие как гены, кодирующие флуоресцентные белки, которые можно визуализировать для отслеживания нейронной активности или других динамических процессов.
«CRISPR-Cas9 действительно хорошо работал в Doryteuthis; он оказался на удивление эффективным», – говорит Розенталь. Гораздо сложнее было доставить систему CRISPR-Cas в одноклеточный эмбрион кальмара, который окружен чрезвычайно жестким внешним слоем, а затем вывести эмбрион путем вылупления. Команда разработала микроножницы для зажима поверхности яйца и кварцевую иглу со скошенной кромкой для доставки реагентов CRISPR-Cas9 через зажим.
Исследования Doryteuthis pealeii привели к фундаментальным достижениям в нейробиологии, начиная с описания потенциала действия (нервного импульса) в 1950-х годах, открытия, за которое Алан Ходжкин и Эндрю Хаксли стали лауреатами Нобелевской премии в 1963 году.
На протяжении десятилетий D. pealeii привлек нейробиологов со всего мира к MBL, которая собирает кальмаров из местных вод.
Недавно Розенталь и его коллеги обнаружили обширное перекодирование мРНК в нервной системе Doryteuthis и других головоногих моллюсков. Это исследование находится в стадии разработки для потенциальных биомедицинских приложений, таких как обезболивающая терапия.
D. pealeii, однако, не является идеальным видом для развития в качестве генетического исследовательского организма.
Он большой и занимает много места в резервуаре, плюс, что более важно, никому не удавалось культивировать его через несколько поколений в лаборатории.
По этим причинам следующая цель MBL Cephalopod Programme – передать новую технологию нокаута более мелким видам головоногих моллюсков, Euprymna berryi (кальмар колибри-бобтейл), которые относительно легко культивировать для получения генетических штаммов.