Egzotikus modellállatok

A CRISPR-rendszerrel történő genomszerkesztés módszerének 2012-ben történt kidolgozása óta a biológusok előszeretettel használják a technológiát a népszerű modellállatok – egér, gyümölcslégy, majom - genomjának olcsó és gyors módosítására. Az elmúlt években azonban olyan egzotikus fajokon is kísérletezni kezdtek, amelyeket korábban sose tudtak laborban tenyészteni, sőt olyanokon is, amelyek teljesgenom-analízisét még nem is végezték el.

„A modell-organizmusok új korszakába érkeztünk”, nyilatkozta a Nature híroldalának Tessa Montague, a Columbia University molekuláris biológusa, aki különleges viselkedésű tintahalak neuronjait tanulmányozza, és akinek először sikerült a lábasfejűek embrióinak genomját CRISPR-rendszerrel módosítani. A Montague által tanulmányozott állatok - Euprymna scolopes és Sepia bandensis – híresek arról, hogy kiválóan álcázzák magukat: bőrük színe és mintázata tökéletesen alkalmazkodik ahhoz, amilyennek környezetüket látják, azaz kamuflázsuk agyi aktivitásuk tökéletes megjelenítője. A CRISPR felfedezése előtt nehéz volt követni, hogy a tintahalak agya hogyan dolgozza fel az ingereket, mivel ehhez elektródákat vagy más szenzorokat kellett volna az állatok koponyájához rögzíteni, a lábasfejűeknek azonban nincsenek csontjaik. A CRISPR révén Montague és kollégái úgy alakították át a tintahalak neuronjait, hogy felvillannak, amikor tüzelnek, így működésük könnyen tanulmányozható.

A neurológiai alapkutatás más területen is sokat köszönhet az új eszköznek. Ed Boyden neurobiológus (Massachusetts Institute of Technology) a világ legkisebb emlősének agyát tanulmányozza; az etruszk facickány (Suncus etruscus) agya olyan kicsi, hogy az egész szerv egyszerre tanulmányozható a mikroszkóp alatt. A génszerkesztett állat neuronjai szintén felvillannak, amikor tüzelnek, ami lehetővé teszi a teljes agy működésének valós idejű tanulmányozását.

A CRISPR-rendszerrel létrehozott újfajta modellállatokkal a kutatók napjainkban egyre inkább a viselkedés genetikájához akarnak közelebb férkőzni. Daniel Kronauer (Rockefeller University) olyan hangyákat hozott létre, amelyek nem képesek érzékelni a faj szociális viselkedését irányító feromonokat, Shuji Shigenobu (National Institute for Basic Biology in Okazaki) pedig a borsót tönkretevő levéltetű viselkedését módosítja génszerkesztés révén. A San Francisco-i Brian Gillis tisztaságmániás méheket tanulmányoz, és azokat a géneket keresi bennük, amelyek felelősek lehetnek azért, hogy az állatok a többi törzsbe tartozó méhhez képest sokkal inkább eltávolítják kolóniájukból a patogéneket. A remények szerint a megtalált géneket majd a többi fajba is be lehet szerkeszteni.

A standard rágcsálómodellekhez képest az emberhez közelebb álló, fejlettebb állatok, így pl. a majmok viselkedésének CRISPR általi módosításával leginkább Kínában és Japánban próbálkoznak. Az idegkutató Zilong Qiu (Kínai Tudományos Akadémia) egy idegfejlődési zavar, a Rett szindróma génjét módosította az editáló eszközzel, majd a módosított gént makákókba juttatva váltott ki autizmust az állatokban. A génszerkesztett majmok a betegség viselkedéses tüneteit is produkálják (repetitív mozgások, kontaktuskerülés), így az autizmus eddigi modelljeihez képest jobb megközelítést biztosítanak.

A humán gyógyászat egy másik oldalán használja a génszerkesztést az ausztrál Timothy Doran, aki a tyúktojást akarja átalakítani. A Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation molekuláris biológusa olyan hipoallergén tojást akar előállítani, amelyből hiányzik az a protein, ami egyébként a tojásban előállított vakcinák beadása után a gyermekek 2%-ában allergiás reakciót vált ki. Madarakban azonban még mindig nehéz a technika használata. Az emlősök szervezetét rá lehet venni, hogy extra petesejteket termeljenek, amiket eltávolítva át lehet szerkeszteni, majd megtermékenyítés után vissza lehet juttatni az állat szervezetébe, a madarak esetében azonban a megtermékenyített pete (a tojás sárgája) szorosan kötődik a fehérjéhez, és az eltávolítása tönkretenné az embriót. A tojás akkor is nehezen hozzáférhető, amíg a tyúk szervezetében van, azaz a CRISPR alkotórészeit nem lehet közvetlenül abba injektálni. Viszont mire a tyúk kitojja a tojást, az embrió fejlődése annyira előrehaladt, hogy a génszerkesztés már nem opció.

Doran és munkatársai a következő módszerrel kerülték meg a problémát: megkeresték azokat a primordiális csírasejteket, amikből a spermiumok és a tojások kialakulnak. Mint kiderült, a legtöbb egyéb állattól eltérően, a csirkék esetében fejlődésük során a primordiális csírasejtek egy ideig a véráramban tartózkodnak, így onnan kivonhatók, átszerkeszthetők, majd visszajuttathatók a fejlődő madárba. A felismerés után Doranék egy olyan módszert is kifejlesztettek, amivel a CRISPR alkotórészei közvetlenül a véráramba juttatva képesek a csírasejtek átszerkesztésére.

Az elmúlt két évben egyébként már nemcsak magányos kutatók próbálkoznak az újgenerációs modellorganizmusokkal: a CRISPR révén létrehozott modellállatokat kutatók sikereit látva az USA Nemzeti Tudományos Alapja egy 24 millió dolláros programot indított a komplex tulajdonságok és a viselkedés genetikai hátterének feltárásában használható modellorganizmusok létrehozására. Vagyis a remények szerint az atipikus állatmodellek nemcsak a monogénes betegségek jobb megértésében segíthetnek, de közelebb vihetnek az öröklődés sötét anyagának feltárásához, a komplex betegségek genetikájának tisztázásához is.