Благодаря CRISPR плодовые мухи смогли питаться ядом

Технология редактирования генов CRISPR помогла учёным из Калифорнийского университета в Беркли подарить плодовым мухам вида Drosophila melanogaster одно важное эволюционное преимущество, которого у них никогда не было. После трёх небольших изменений в одном гене насекомые получили возможность питаться ядом и даже хранить его в своём организме, защищая себя тем самым от хищников.

Молочай, довольно распространённый род растений, токсичен для многих животных и насекомых. Но только не для бабочки вида Danaus plexippus. Последние могут не только питаться ядовитым растением, но и защищаться с его помощью от врагов. Дело в том, что эти насекомые могут хранить токсины в своём организме, что делает их самих ядовитыми для любых хищников, желающих ими полакомиться.

Теперь же исследователи впервые наделили той же способностью плодовых мух. В этом им помогла технология редактирования генов CRISPR.

Сначала учёные изучили гены бабочки, которые, как считаются, позволяют им питаться молочаем. Затем они попытались воссоздать эти специфические мутации у плодовых мух.

Выяснилось, что за такую особенность отвечает всего один ген, и специалистам потребовалось заменить три нуклеотида в нём, чтобы наделить мух той же "суперспособностью".

Специалисты модифицировали геном плодовой мухи, чтобы та получила возможность питаться ядовитым растением.
Фото Julianne Pelaez.

Как объясняют авторы работы, этот ген формирует жизненно важную часть клетки животного, так называемый натриевый насос. Последний поддерживает правильный баланс ионов натрия. Токсин молочая мешает работе натриевого насоса, но бабочки имеют мутации, позволяющие обходить эту проблему.

Что интересно, эти три мутации должны формироваться в определённом порядке. Специалисты выяснили, что первые две мутации подарили плодовым мухам сильную устойчивость к яду, но также серьёзно повлияли на их нервную систему. Третья же мутация помогла нейтрализовать негативные последствия первых двух, в результате чего мухи приобрели лишь устойчивость к токсинам.

В результате ГМ-личинки плодовых мух смогли питаться молочаем и хранить токсины в своих организмах. Более того, выросшие особи сохранили такую особенность. Все животные стали в 1000 (!) раз менее чувствительными к токсину молочая, чем дикие плодовые мухи из контрольной группы.

"Всё, что мы сделали, – это изменили три участка. В итоге мы получили этих суперзвёзд", – говорит ведущий автор работы доктор Ной Уайтман (Noah Whiteman).

Отметим, что специалисты и ранее модифицировали геномы растения, животного и даже человека, в том числе человеческого эмбриона.

Но специалисты впервые отредактировали ген многоклеточного организма и тем самым подарили ему набор мутаций, ведущих к совершенно новой адаптации к окружающей среде. В данном случае у насекомых появился новый продукт питания и механизм защиты от хищников.

В целом такая работа, по признанию авторов, помогает лучше понять, как работает эволюция. Более того, она позволяет наделять существ новыми чертами и поведением при помощи CRISPR.