Questo primo caso di manipolazione genetica in una lucertola ha creato un organismo modello che potrebbe aiutare a comprendere meglio l'evoluzione e lo sviluppo dei rettili
CRISPR-Cas9 o semplicemente CRISPR è un prodotto unico, veloce ed economico gene strumento di modifica che consente la modifica di un genoma eliminando, aggiungendo o alterando DNA. L'acronimo CRISPR sta per "Clustered Regularly Inter-Spaced Palindromic Repeats". Questo strumento è semplice e più preciso dei metodi precedenti utilizzati per l'editing DNA.
Lo strumento CRISPR-Cas9 inietta organismi allo stadio di zigote (una cellula) con un costrutto di DNA composto da (a) enzima Cas9 che agisce come "forbici" e può tagliare o eliminare una parte del DNA, (b) guida RNA - una sequenza che corrisponde al gene bersaglio e quindi guida l'enzima Cas9 nella posizione bersaglio. Una volta tagliata una sezione bersaglio del DNA, il meccanismo di riparazione del DNA cellulare si unirà nuovamente al filamento rimanente e, nel processo, silenzierà il gene bersaglio. Oppure il gene potrebbe essere "corretto" utilizzando un nuovo modello di DNA modificato in un processo chiamato riparazione diretta per omologia. Pertanto, lo strumento CRISPR-Cas9 consente modifiche genetiche mediante iniezione gene-editing soluzioni in un uovo fecondato unicellulare. Questo processo provoca un'alterazione genetica (mutazione) in tutte le cellule successive che vengono prodotte influenzando così la funzione genica.
Sebbene CRISPR-Cas9 sia usato abitualmente in molte specie tra cui pesci, uccelli e mammiferi, finora non ha avuto successo nella manipolazione genetica dei rettili. Ciò è dovuto principalmente a due barriere. In primo luogo, le femmine di rettile immagazzinano lo sperma a lungo termine nel loro ovidotto, rendendo difficile determinare il momento esatto della fecondazione. In secondo luogo, la fisiologia delle uova dei rettili ha molte caratteristiche come gusci d'uovo flessibili, fragilità senza spazio d'aria all'interno che rende difficile manipolare gli embrioni senza causare rotture o danni.
In un articolo caricato su bioRxiv il 31 marzo 2019 i ricercatori hanno segnalato lo sviluppo e la sperimentazione di un modo per utilizzare CRISPR-Cas9 editing gene nei rettili per la prima volta. La specie di rettili scelta nello studio era tropicale lucertola detto anolis sagrei o più comunemente anole bruna diffusa nei Caraibi. Le lucertole nello studio sono state raccolte da una regione selvaggia della Florida, negli Stati Uniti. Questa specie è ideale per lo studio a causa delle sue dimensioni in miniatura, della lunga stagione riproduttiva e del tempo medio relativamente breve tra due generazioni.
Per superare i limiti attualmente affrontati dai rettili, i ricercatori hanno microiniettato componenti CRISPR in uova immature non fecondate mentre le uova erano ancora nelle ovaie delle lucertole femmine prima della fecondazione. Hanno preso di mira il gene della tirosinasi che produce un enzima che controlla la pigmentazione della pelle nelle lucertole e se questo gene viene rimosso, la lucertola nascerebbe albina. Questo chiaro fenotipo di pigmentazione è stata la ragione per scegliere il gene della tirosinasi. Gli ovuli microiniettati maturano quindi all'interno della femmina e vengono successivamente fecondati naturalmente con un maschio introdotto o spermatozoi immagazzinati.
Di conseguenza, poche settimane dopo nacquero quattro lucertole albine, confermando che il gene tirosinasi era stato disattivato e il editing gene il processo ha avuto successo. Poiché la prole conteneva il gene modificato di entrambi i genitori, era chiaro che i componenti CRISPR rimanevano attivi molto più a lungo nell'ovocita immaturo della madre e dopo la fecondazione i geni paterni mutavano. Pertanto, le lucertole albine mutanti mostravano tirosinasi manipolata nei geni ereditati sia dalla madre che dal padre poiché l'albinismo è un tratto ereditato da entrambi i genitori.
Questo è il primo studio in assoluto per produrre in modo efficace rettili geneticamente modificati. La ricerca potrebbe funzionare in modo simile in altre specie di lucertole come i serpenti per i quali gli approcci attuali non hanno avuto successo finora. Questo lavoro potrebbe aiutare a comprendere meglio l'evoluzione e lo sviluppo dei rettili.
***
Fonte (s)
Rasys AM et al. 2019. Prestampa. CRISPR-Cas9 Gene Editing nelle lucertole mediante microiniezione di ovociti non fecondati. bioRxiv. https://doi.org/10.1101/591446
***
