Primii păianjeni din lume modificați genetic cu CRISPR produc mătase roșie fluorescentă pe care o eliberează prin fund

Într-un scenariu ce pare desprins din benzile desenate, prevestind poate apariția unui Spider-Man al universului nostru, cercetători din Germania au reușit o premieră mondială: crearea primilor păianjeni modificați genetic cu CRISPR, tehnologia care promite cele mai mari schimbări la nivel genetic.

Calmați-vă, însă! Este puțin probabil ca acești arahnide să dea naștere unor supereroi (cel puțin, nu încă!). Nu sunt radioactivi și, deși ADN-ul le-a fost alterat, veninul a rămas neatins. În esență, sunt tot păianjeni de casă obișnuiți.

Totuși, intervențiile genetice nu au rămas fără urmări vizibile: unii dintre păianjeni s-au născut fără ochi, în timp ce alții au căpătat o superputere inedită – capacitatea de a țese mătase de un roșu fluorescent.

Cum au fost modificați genetic cu CRISPR păianjenii care produc pânză roșie fluorescentă

Cum au reușit această performanță? Secretul stă în „foarfeca moleculară” CRISPR-Cas9, un instrument revoluționar de editare genetică ce permite oamenilor de știință să „decupeze” cu precizie genomul unei celule în puncte specifice, pentru a elimina sau insera secvențe de ADN.^[sursa]

Și care a fost miza? În principal, o demonstrație de forță tehnologică – o „dovadă a conceptului”. Oamenii de știință au intuit un potențial uriaș neexplorat, mai ales având în vedere proprietățile extraordinare ale mătăsii de păianjen, și au fost surprinși să constate că nimeni nu aplicase încă tehnicile de editare genetică acestor creaturi fascinante.

„Dată fiind paleta vastă de aplicații potențiale, este de-a dreptul surprinzător că, până acum, nu au existat studii care să folosească CRISPR-Cas9 pe păianjeni”, a declarat autorul principal al studiului, Thomas Scheibel, biochimist la Universitatea din Bayreuth.

Și pe bună dreptate, căci păianjenii sunt adevărate minuni ale naturii. Cu o istorie evolutivă impresionantă de aproximativ 400 de milioane de ani, ei s-au diversificat în peste 50.000 de specii cunoscute, ocupând un remarcabil loc șapte în clasamentul diversității speciilor la nivelul tuturor ordinelor de organisme.

Dar adevărata vedetă este mătasea lor. Cel puțin șapte tipuri distincte au fost identificate doar la păianjenii țesători, fiecare cu proprietăți și întrebuințări specifice. Imaginați-vă: unele fire de mătase de păianjen rivalizează în rezistență la tracțiune cu oțelul, dar cu un raport rezistență-greutate imbatabil, ca să nu mai vorbim de elasticitatea și flexibilitatea lor uimitoare!

Nu e de mirare că oamenii visează de mult să valorifice această „magie” a mătăsii de păianjen, însă încercările s-au lovit de un obstacol major. Majoritatea păianjenilor sunt prădători teritoriali, deloc sociabili, ceea ce face imposibilă creșterea lor în ferme, asemenea viermilor de mătase.

Chiar dacă mătasea de păianjen sintetică face progrese rapide, ajungând, se pare, să concureze cu originalul, cercetătorii argumentează că modificarea genetică in vivo (direct în organismul păianjenului) pentru a altera proprietățile mătăsii ar putea deschide perspective unice.

Conștienți că pășeau pe un teritoriu necartografiat în materie de inginerie genetică la arahnide, Scheibel și colegii săi au abordat problema pas cu pas, începând cu un obiectiv mai modest: eliminarea (sau „dezactivarea”) unei singure gene.

Pentru a se asigura că rezultatele vor fi ușor de observat, au țintit gena sine oculis, responsabilă, după cum sugerează și numele (latin pentru „fără ochi”), de dezvoltarea aparatului vizual.

Oamenii de știință au „armat” apoi sistemul CRISPR-Cas9 specific pentru ținta lor și l-au injectat cu grijă în abdomenul femelelor anesteziate de păianjen de casă comun (Parasteatoda tepidariorum).

Aceste componente CRISPR și-au făcut treaba direct în ovulele femelelor, iar după fertilizarea cu ADN de la masculi, rezultatul a fost spectaculos (sau poate ușor bizar): pui de păianjen complet lipsiți de ochi.

Odată ce au pus la punct tehnica de modificare genetică pe păianjenii de casă, echipa a trecut la nivelul următor: experimentarea pe genele responsabile de producerea mătăsii. Au ales o genă implicată în sinteza spidroinelor – proteinele cheie din firul de păianjen – specifice celui mai rezistent tip de mătase.

Similar experimentului anterior, au injectat o soluție special preparată în femele, de data aceasta conținând și o secvență genetică pentru o proteină fluorescentă roșie – ingredientul secret pentru o mătase „tunată”.

Și… bingo! Unii dintre păianjeni au început să țeasă o mătase de un roșu vibrant, fluorescent, confirmând succesul operațiunii de „inserare” a noii secvențe genetice direct în proteina mătăsii.

„Am demonstrat, în premieră mondială, că tehnologia CRISPR-Cas9 poate fi folosită pentru a insera o secvență dorită în proteinele mătăsii de păianjen, deschizând calea către funcționalizarea acestor fibre extraordinare. Abilitatea de a aplica editarea genetică CRISPR mătăsii de păianjen este extrem de promițătoare pentru știința materialelor – de exemplu, ar putea fi folosită pentru a amplifica și mai mult rezistența la tracțiune, deja impresionantă, a acestor fire naturale.”, a explicat Scheibel.