Onderzoekers van de Universiteit van Californië, Riverside heeft transgene muggen ontwikkeld die het Cas9-enzym stabiel tot expressie brengen in hun kiembaan. De toevoeging van Cas9 zal het gebruik van de CRISPR-tool voor het bewerken van genen mogelijk maken om efficiënte, gerichte veranderingen in het DNA van de muggen.

Als proof-of-concept, de onderzoekers gebruikten het systeem om de cuticula te verstoren, vleugel, en oogontwikkeling, produceren volledig geel, drieogige en vleugelloze muggen. Hun doel op lange termijn is om Cas9 tot expressie brengende muggen te gebruiken samen met een andere technologie - gene drives genaamd - om genen in te voegen en te verspreiden die de insecten onderdrukken, terwijl de weerstand wordt vermeden die evolutie normaal gesproken zou bevorderen. Aedes aegypti zijn belangrijke dragers van dengue, chikungunya, gele koorts, en zika-virussen, en worden snel resistent tegen veelgebruikte pesticiden.

Vandaag gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences (PNAS) , de studie werd geleid door Omar Akbari, een assistent-professor entomologie aan het UCR's College of Natural and Agricultural Sciences en een lid van het Institute for Integrative Genome Biology van de universiteit.

Eerdere pogingen om genoombewerking te gebruiken om te voorkomen dat muggen ziekteverwekkers verspreiden, werden belemmerd door lage mutatiesnelheden, slechte overleving van bewerkte muggen, en inefficiënte overdracht van verstoorde genen aan nakomelingen. Akbari en collega's ontwikkelden transgene muggen die stabiel een bacterieel Cas9-enzym in de kiembaan tot expressie brengen, waardoor zeer efficiënte genoombewerking mogelijk is met behulp van het CRISPR-systeem. CRISPR werkt als een moleculaire schaar, uitsnijden en vervangen van specifieke DNA-sequenties op basis van een ribonucleïnezuur (RNA) gids. In de krant, het team gebruikte het systeem om genen te verstoren die het gezichtsvermogen beheersen, vlucht en voeding, resulterend in muggen met een extra oog, misvormde vleugels, en defecten in oog- en nagelriemkleur, onder andere veranderingen.

Akbari zei dat deze stammen de eerste stap zijn naar het gebruik van gene drive-systemen om muggenpopulaties onder controle te houden en de ziekten die ze verspreiden te verminderen.

"Deze Cas9-stammen kunnen worden gebruikt om gesplitste gene-drives te ontwikkelen, een vorm van gene-drive waarbij de Cas9 en de gids-RNA's op afzonderlijke genomische loci worden ingevoegd en van elkaar afhankelijk zijn voor verspreiding. Dit is de veiligste manier om te ontwikkelen en test gene drives in het laboratorium om te voorkomen dat ze zich in het wild verspreiden, ' zei Akbari.

Gene-drives vergroten de kans dat een gen of een reeks genen wordt doorgegeven aan nakomelingen aanzienlijk - van 50 procent tot 99 procent. Dit aantal kan mogelijk oplopen tot 100 procent wanneer een doelgen op meerdere plaatsen wordt verstoord, een techniek die multiplexing wordt genoemd en die onlangs wiskundig is gemodelleerd door Akbari en collega's van UC Berkley.

Gene drives kunnen worden gebruikt om genetische overerving te beïnvloeden ten gunste van snelle verspreiding, zelfdestructieve genen - zoals genen die de vruchtbaarheid verstoren - en zou een milieuvriendelijke en kosteneffectieve manier kunnen zijn om populaties van ziekteverspreidende insecten te onderdrukken.

"De volgende stappen moeten worden ondernomen om de regulerende sequenties te identificeren die kunnen worden gebruikt om de gids-RNA's uit het genoom tot expressie te brengen, en zodra deze sequenties zijn geïdentificeerd, zouden de ontwikkeling van gene drives in de soort kant-en-klaar moeten zijn, ' zei Akbari.

De titel van het artikel is "Germline Cas9 Expression Yields Highly Efficient Genome Engineering in a Major Worldwide Disease Vector, Aedes Aegypti."