CRISPR-genbewerking is nu mogelijk in kakkerlakken

Cartoon CRISPR in kakkerlakken. Krediet: Shirai et al./Cell Reporting Methods

Volgens een onderzoekspaper gepubliceerd in het tijdschrift Celrapportagemethoden Door Cell Press op 16 mei^jaIn 2022 creëerden onderzoekers CRISPR-Cas9-technologie om genbewerking in kakkerlakken mogelijk te maken. De directe en effectieve CRISPR (DIPA-CRISPR)-procedure omvat het injecteren van stoffen in volwassen vrouwtjes waar de eieren groeien in plaats van de embryo’s zelf.

“In zekere zin waren de insectenonderzoekers bevrijd van het ongemak van het injecteren van de eieren”, zegt senior studieauteur Takaaki Daimon van de Universiteit van Kyoto. We kunnen nu vrijer en uit eigen beweging het genoom van insecten wijzigen. In principe zou deze methode voor meer dan 90% van de insectensoorten moeten werken.”

Huidige methoden voor het bewerken van insectengenen vereisen doorgaans micro-injectie van materiaal in vroege embryo’s, waardoor hun toepassing op veel soorten ernstig wordt beperkt. Eerdere studies hebben bijvoorbeeld geen onderzoek gedaan naar genetische manipulatie van kakkerlakken vanwege hun unieke voortplantingssysteem. Bovendien vereist het bewerken van insectengenen vaak dure apparatuur, specifieke experimentele opstelling voor elke soort en zeer bekwaam laboratoriumpersoneel. “Deze problemen met conventionele methoden hebben onderzoekers geplaagd die genoombewerking willen uitvoeren op een verscheidenheid aan insectensoorten”, zegt Damon.

Om deze beperkingen te overwinnen, injecteerden Damon en zijn medewerkers Cas9-ribonucleoproteïnen (RNP’s) in de lichaamsholte van volwassen vrouwelijke krekels om genetische mutaties in zich ontwikkelende eicellen te introduceren. De resultaten toonden aan dat de efficiëntie van gen-editing – het aandeel individuen dat is gewijzigd van het totale aantal uitgebroede individuen – wel 22% zou kunnen zijn. Bij de rode bloemkever behaalde DIPA-CRISPR een efficiëntie van meer dan 50%. Bovendien produceerden de onderzoekers dodelijke genetische kevers door enkelstrengs oligonucleotiden en Cas9 RNP’s samen te injecteren, maar de efficiëntie is laag en moet verder worden verbeterd.

De succesvolle toepassing van DIPA-CRISPR in twee evolutionair ver verwijderde soorten toont het wijdverbreide gebruik ervan aan. Maar deze aanpak is niet direct toepasbaar op alle soorten insecten, inclusief fruitvliegen. Bovendien hebben experimenten aangetoond dat de belangrijkste factor voor succes het stadium van injectie van volwassen vrouwtjes is. Als gevolg hiervan vereist DIPA-CRISPR een goede kennis van de ontwikkeling van de eierstokken. Dit kan bij sommige soorten een uitdaging zijn, vanwege de gevarieerde levensgeschiedenis en reproductieve strategieën van insecten.

Ondanks deze beperkingen is DIPA-CRISPR toegankelijk, zeer praktisch en gemakkelijk te implementeren in laboratoria, waardoor de toepassing van genbewerking wordt uitgebreid naar een verscheidenheid aan model- en niet-modelinsectensoorten. Deze technologie vereist minimale apparatuur om volwassenen te injecteren, en slechts twee componenten – Cas9-eiwit en een enkele gids[{” attribute=””>RNA—greatly simplifying procedures for gene editing. Moreover, commercially available, standard Cas9 can be used for adult injection, eliminating the need for time-consuming custom engineering of the protein.

“By improving the DIPA-CRISPR method and making it even more efficient and versatile, we may be able to enable genome editing in almost all of the more than 1.5 million species of insects, opening up a future in which we can fully utilize the amazing biological functions of insects,” Daimon says. “In principle, it may be also possible that other arthropods could be genome edited using a similar approach. These include agricultural and medical pests such as mites and ticks, and important fishery resources such as shrimp and crabs.”

Reference: “DIPA-CRISPR is a simple and accessible method for insect gene editing” by Yu Shirai, Maria-Dolors Piulachs, Xavier Belles and Takaaki Daimon, 16 May 2022, Cell Reports Methods.
DOI: 10.1016/j.crmeth.2022.100215

This work was supported by funding from JSPS KAKENHI, JSPS Open Partnership Joint Research Projects, Spanish Ministry of Innovation and Competitiveness, and CSIC-Spain, and in part by Cabinet Office, Government of Japan, Cross-ministerial Moonshot Agriculture, Forestry and Fisheries Research and Development Program.