研究人員首次使用“基因剪刀”技術CRISPR-Cas9成功地改變了黑腳蜱的基因組。為了完成這一壯舉，他們開發了一種胚胎注射方法，克服了該領域的主要障礙。2月16日，相關論文發表在《交叉科學》上。
“盡管蜱類具有獲得和傳遞一系列病原體的能力，但對它們的研究一直落后于蚊子等其他節肢動物，主要原因是現有的遺傳和分子工具難以用于蜱類研究。”該論文共同通訊作者、美國內華達大學雷諾分校分子生物學家Monika Gulia-Nuss說。
“有了可用的基因編輯工具，我們就能解開蜱類基因組的一些秘密，這將有助于確定這些獨特的動物如何在環境中生存、如何與病原體相互作用，以及如何防止蜱類向人類和牲畜傳播疾病。”她說。
盡管蜱類是人類、野生動物和家畜的多種病原體的載體，但在分子水平上人們對蜱類的了解仍然有限。這與蚊子等昆蟲形成了鮮明對比，例如目前已有大量的轉基因和基因組編輯工具適用于蚊子研究。
新論文另一位共同通訊作者、內華達大學雷諾分校昆蟲學家Andrew Nuss說：“基因編輯領域的進展對于研究解決蜱傳疾病帶來的日益嚴重的問題至關重要。”
“靶向”基因破壞
CRISPR-Cas9技術已經徹底改變了許多生物的功能遺傳學研究。這種基因編輯技術已被應用于蚊子等節肢動物疾病載體，但未能編輯蜱類基因。而且，蜱蟲胚胎注射編輯技術面臨的挑戰進一步減緩了研究進展。蜱蟲胚胎注射非常困難，因為研究人員必須在注射前解決卵內高壓、堅硬絨毛膜和胚胎外蠟層等問題。
在新研究中，研究人員開發了一種蜱蟲胚胎注射新方案，并使用CRISPR-Cas9技術進行了靶向基因破壞。他們借助了胚胎注射和受體介導的卵巢貨物轉導（ReMOT Control）—— 一種勞動強度更低的節肢動物基因編輯方法。
通常，雌性蜱蟲使用一種叫作“Gene”的器官為卵包裹一層堅硬的蠟層。他們切除了雌蜱的Gene，防止蠟沉積，然后用苯扎氯銨和氯化鈉處理這些卵，以去除絨毛膜，并降低卵內的壓力。
“我們能夠仔細地解剖懷孕的雌蜱，用手術切除Gene器官，但仍能讓雌蜱產卵。向這些不含蠟的卵注射基因組修改所需的材料更容易。”Gulia-Nuss說，“另一個重大挑戰是了解蜱蟲胚胎發育的時間。我們對蜱蟲胚胎學所知甚少，所以需要確定引入CRISPR-Cas9的精確時間，以確保誘導基因改變。”
結果顯示，注射后胚胎的存活率約為10%，與成熟的昆蟲模型相當。在ReMOT Control組中，所有注射的蜱蟲都存活了下來。這些數據表明，用這兩種方法注射蜱蟲胚胎和對蜱類進行基因操作是可行的。
實現蜱蟲遺傳轉化
“尚未有實驗證明可以修飾蜱類基因組。有些人認為這在技術上太難實現了。” Nuss說，“這是第一次有研究表明，蜱蟲的遺傳轉化可能通過兩種不同的方法實現。”
不過，研究人員表示，需要更多研究來了解蜱蟲高效基因編輯的分子機制。雖然這些工具將加速蜱類基因研究，但仍需要改進胚胎注射方法，以提高存活、幼蟲孵化和基因編輯效率。
“我們希望開發的新工具將帶來新的研究途徑，大大加速我們對蜱類及相關物種的分子生物學研究。”Gulia-Nuss說，“有針對性地破壞蜱蟲基因是揭示蜱蟲—病原體—宿主相互作用的潛在生物學的有力方法，可以為蜱傳疾病控制新方法的開發和應用提供信息。”
