Edycja genów pomaga w poznaniu funkcjonowania koralowców
Rafy koralowe są najbardziej zróżnicowanym ekosystemem na Ziemi i często nazywa się je „lasem deszczowym oceanów”. Ocieplenie oceanów prowadzi do stresu termicznego, powodując, że koralowce bieleją. Jeśli sytuacja nie ulegnie poprawie, szacuje się, że 70% do 90% tego cennego ekologicznie organizmu morskiego zniknie jeszcze za naszego życia. Dzięki wsparciu program działań „Maria Skłodowska-Curie”(odnośnik otworzy się w nowym oknie), przy realizacji projektu CORALCARE(odnośnik otworzy się w nowym oknie) wykorzystano technikę CRISPR/Cas9(odnośnik otworzy się w nowym oknie) do zbadania, w jaki sposób szlaki genetyczne są zaangażowane w reakcję na rosnące temperatury.
Tarło koralowców i przebieg eksperymentu
Stosowanie badań genetycznych w przypadku koralowców wiąże się z kilkoma wyzwaniami. Naukowcy muszą dokonywać mikroiniekcji CRISPR/Cas9 do zapłodnionych komórek jajowych pod mikroskopem, co jest procesem wymagającym pod względem fizycznym. A ponieważ koralowce rozmnażają się tylko raz w roku, naukowcy mają ograniczony czas na przeprowadzenie badań. Projekt CORALCARE był realizowany w ramach współpracy pomiędzy francuską jednostką badawczą Tropical Marine Ecology of the Pacific and Indian Oceans ENTROPIE(odnośnik otworzy się w nowym oknie) i Australian Institute of Marine Science(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (AIMS). Eksperymenty przeprowadzono w ośrodku AIMS, w którym znajdują się dorosłe kolonie koralowców hodowane w zbiornikach oraz laboratorium wyposażone w zestaw do mikroiniekcji i stereoskop fluorescencyjny do prac badawczych. W czasie dziewięciodniowego tarła koralowców, kiedy uwalniały one kilkaset komórek jajowych na noc, do części komórek wstrzykiwano cząsteczki CRISPR/Cas9 w celu edycji docelowego genu DNAJC29. Pozostałe komórki jajowe podzielono na dwie grupy kontrolne: jednej grupie wstrzyknięto odczynniki CRISPR, ale bez zdolności do edycji genów, a drugiej grupie nie wstrzyknięto ich wcale. Badane komórki jajowe były hodowane jako larwy, a gdy osiągnęły stadium pływające, zostały poddane stresowi cieplnemu. Przez cztery dni połowa każdej kohorty była narażona na temperaturę 34℃, podczas gdy pozostała połowa była narażona na temperaturę otoczenia wynoszącą 27℃. Ponieważ większość gatunków koralowców rozmnaża się latem, laboratoria w AIMS były bardzo obłożone. W projekcie CORALCARE udało się jednak dokonać przełomu dzięki gatunkowi rozmnażającemu się jesienią. Severine Fourdrilis, stypendystka programu działań „Maria Skłodowska-Curie”, tłumaczy: „Po raz pierwszy udało nam się rozmnożyć Acropora subabrolhosensis w hodowli jesienią i udokumentować jego czas tarła. Dzięki temu zyskujemy dodatkowy gatunek i dodatkowy czas na edycję genów, co przyspiesza badania”.
Docelowe geny i przyszłość edycji chemicznej
Zespół CORALCARE wykorzystał mikroiniekcję do zbadania genu DNAJC29, co pozwoliło lepiej go poznać. Eksperymenty wykazały, że gen ten odgrywa rolę ochronną w odpowiedzi na stres cieplny u koralowca z gatunku Acropora loripes. „Larwy poddane edycji DNAJC29, które utraciły funkcję tego genu, wykazywały wyższą śmiertelność w przypadku stresu cieplnego. Wyniki te potwierdzają rolę co najmniej jednego genu DNAJC29 w tolerancji termicznej larwy koralowca”, stwierdza Fourdrilis. Mikroiniekcja jest skomplikowaną techniką edycji genów, natomiast postępy w dziedzinie transfekcji lub iniekcji chemicznej oferują bardziej efektywne podejście. Fourdrilis tłumaczy: „W projekcie określiliśmy i przetestowaliśmy obiecujące substancje chemiczne do transfekcji CRISPR. Zidentyfikowaliśmy transporter, który przenosi cząsteczki CRISPR do komórek jajowych koralowców”. Transfekcja pozwoli na jednoczesną edycję wielu genów, co pozwoli szybko rozszerzyć zakres badań. Rozwiązanie to pojawia się w samą porę, ponieważ dokładniejsze zrozumienie genetyki koralowców jest niezbędne, jeśli chcemy chronić rafy koralowe na całym świecie dla przyszłych pokoleń. Wspomagana ewolucja ma szansę uratować gatunki koralowców, ale najpierw naukowcy muszą lepiej zrozumieć ich funkcje genetyczne.
