Американські дослідники за допомогою системи CRISPR-Cas9 нокаутували («вимкнули») у кальмарів ген триптофан-2,3-діоксигенази, чия активність в нормі призводить до утворення пігментів, повідомляється в. Гени головоногих молюсків вчені до цього не модифікували. Відсоток успішних нокаутів виявився дуже високим, а це означає, що метод має хороші перспективи застосування.
Головоногих молюсків - кальмарів, каракатиць, меншою мірою восьминогів - зараз все частіше використовують в якості модельних тварин, як це роблять з мишами і щурами. Однак у разі гризунів досвіду і можливостей у вчених поки що більше: існує маса ліній («порід») мишей, чиї гени модифіковані під конкретні дослідницькі потреби, а трансгенних головоногих ще ніхто не робив. Тим часом самі кальмари легко змінюють роботу власного генетичного матеріалу: вони здатні редагувати свою РНК як в ядрі, так і за його межами, і за рахунок цього фактично кодувати одним геном кілька різних за складом білків.
Джошуа Розенталь (Joshua Rosenthal) і його колеги з Лабораторії морської біології Чиказького університету спробували змінити ДНК головоногого молюска за допомогою системи CRISPR-Cas9. Як піддослідну тварину вони вибрали кальмара - добре вивчений вид, зручний ще й тим, що існує методика його штучного запліднення, а його ембріони майже прозорі.
Нокаутувати вирішили ген, чиє вимикання, з одного боку, буде добре помітно у таких організмів, а, з іншого боку, не призведе до загрозливих для життя наслідків. Це ген - триптофан-2,3-діоксигенази, ферменту, який у безхребетних починає перетворення триптофану на пігменти тіла. Відповідно, якщо не функціонуватиме, кальмар зросте безбарвним.
Напрямні РНК, здатні зв'язуватися з екзонами (кодуючими, смисловими ділянками) гена триптофан-2,3-діоксигенази, та інші компоненти системи CRISPR-Cas9 вводили в клітини ембріонів кальмарів через 1,5-2,5 години після запліднення, на стадії, коли ядро яйцеклітини ще не злилося з ядром сперматозоїду і не відбулося першого діння. До цього моменту складніше потрапити в область, де знаходяться обидва ядра (диск, видимий на малюнку вище), а після, коли клітин стане більше, необхідно буде ввести CRISPR-Cas9 в ядро кожної, що дуже трудомістко.
Виживаність була максимальною у тих ембріонів, яким ген триптофан-2,3-діоксигенази нокаутували через дві години після запліднення. «Вимкнути» вдавалося в 35-95 відсотках випадків, в середньому приблизно в 90 відсотках. Ті кальмари, яким вводили CRISPR-Cas9, були позбавлені пофарбованих хроматофоров (структур з пігментними клітинами), та інше велике скупчення пігментів, очі, мали рожевий або світло-коричневий колір, в той час як у тварин контрольної групи вони темно-коричневі.
Поки не вміють масово вирощувати в неволі, і тому, ймовірно, найближчим часом генетичні лінії цих кальмарів отримати не вдасться. Проте ембріони молюсків з нокаутованими генами можна використовувати в дослідженнях у галузі біології розвитку. Автори очікують, що їхню технологію почнуть застосовувати й інші групи вчених, які ставлять експерименти на головоногих молюсках.
Про роботи лабораторії Джошуа Розенталя, можливі застосування головоногих молюсків в якості лабораторних тварин і про те, що вже Розенталю та іншим вченим вдалося з'ясувати в експериментах з ними, ми писали в матеріалі «Як стати моделлю».