Geneticky upravené pavúky vyrábajú fluorescenčné supervlákno

Revolučná technológia úpravy genómu CRISPR-Cas9 už roky mení tvár genetického inžinierstva. Tento precízny molekulárny nástroj s neuveriteľnou efektivitou našiel uplatnenie v poľnohospodárstve, medicíne a dokonca aj pri úprave baktérií. Až donedávna však existovala jedna skupina tvorov, na ktorú si vedci s CRISPR-Cas9 netrúfli – pavúky. To sa však zmenilo vďaka prelomovej práci výskumníkov z Univerzity v Bayreuthe, ktorým sa podarilo odchovať prvého pavúka na svete s upraveným genómom, schopného produkovať červené fluorescenčné pavúčie vlákno.

Pre svoj experiment si vybrali bežný druh pavúka snovačky skleníkovej (Parasteatoda tepidariorum). Pavúky predstavujú pre genetickú manipuláciu značnú výzvu. Mnohé druhy sú kanibalistické, majú rôznorodú a zložitú architektúru genómu a starostlivosť o geneticky upravené potomstvo je komplikovaná. Tieto faktory spôsobili, že vo výskumných laboratóriách boli doteraz nedostatočne zastúpené. Aby tieto prekážky prekonali, vedci vyvinuli nové CRISPR riešenie obsahujúce génovú sekvenciu pre červený fluorescenčný proteín pavúčieho vlákna.

Toto riešenie následne injekčne vpravili do neoplodnených pavúčích vajíčok. Samotný proces mikroinjekcie nebol jednoduchý; samičky pavúkov museli byť počas procedúry anestetizované oxidom uhličitým, aby sa zabránilo ich pohybu. Po zotavení boli samičky spárené so samčekmi rovnakého druhu. Výsledok bol ohromujúci: potomstvo týchto pavúkov začalo produkovať pavučinu presiaknutú červeným fluorescenčným proteínom. Bol to jasný dôkaz, že genetické úpravy sa úspešne ujali bez toho, aby narušili prirodzený proces tvorby vlákna.

"Prvýkrát na svete sme demonštrovali, že CRISPR-Cas9 možno použiť na začlenenie požadovanej sekvencie do proteínov pavúčieho vlákna, čím sa umožňuje funkcionalizácia týchto vlákien," uviedol profesor Dr. Thomas Scheibel, vedúci autor štúdie. Pavúčie vlákno je fascinujúci prírodný materiál, známy svojou extrémnou odolnosťou proti pretrhnutiu, elasticitou, nízkou hmotnosťou a biologickou odbúrateľnosťou. Tento úspešný experiment by mohol otvoriť dvere k vylepšeným funkciám pavučiny a rozšíriť jej potenciál v materiálových vedách a biotechnológiách, napríklad ďalším zvýšením jej už aj tak vysokej pevnosti v ťahu.  

Tento výskum je súčasťou širšieho trendu využívania biologických systémov a genetického inžinierstva na vytváranie pokročilých materiálov s vlastnosťami na mieru, ktoré prekonávajú tradičné syntetické materiály. Presnosť a relatívna dostupnosť nástroja CRISPR-Cas9 umožňuje aplikovať tieto techniky na zložitejšie organizmy, akými sú pavúky, čo bolo predtým veľmi náročné. Schopnosť upravovať gény pavúkov s cieľom meniť vlastnosti ich vlákien by mohla viesť k vzniku akejsi "živej továrne" na biomateriály.

To by mohlo znamenať revolúciu v odvetviach vyžadujúcich vysokovýkonné a udržateľné materiály – napríklad v medicíne pre biokompatibilné implantáty či chirurgické nite, v leteckom a kozmickom priemysle pre ľahké komponenty, alebo v textilnom priemysle pre odolné a ekologické tkaniny. Štúdia sa však nezamerala len na tkanie farebných pavučín. Tím experimentoval aj s procesom známym ako CRISPR-KO (knock-out), pri ktorom vedci testovali účinok svojich modifikácií "vypnutím" alebo umlčaním génu nazývaného "so".

Predpokladalo sa, že tento špecifický gén je kľúčový pre vývoj očí u pavúkov, a prostredníctvom procesu CRISPR-KO výskumníci túto hypotézu potvrdili. Zablokovanie génu "so" viedlo k narodeniu pavúkov bez očí. To predstavuje pokrok v genetickom chápaní týchto málo preštudovaných tvorov, pretože sa potvrdila úloha daného génu pri formovaní zraku pavúkovcov.

Nástroje ako CRISPR tak neslúžia len na vytváranie nových vlastností, ale sú aj mocnými nástrojmi pre základný výskum, umožňujúc vedcom pochopiť funkciu génov v organizmoch, ktoré nie sú tradičnými laboratórnymi modelmi. To môže urýchliť objavy v genetike a vývojovej biológii širokého spektra organizmov a potenciálne odhaliť nové biologické princípy alebo medicínsky relevantné dráhy.  

Zdroj: newatlas.com.

^{Zdroj Foto: University of Bayreuth}