Ricercatori dell'Università della California, Riverside ha sviluppato zanzare transgeniche che esprimono stabilmente l'enzima Cas9 nella loro linea germinale. L'aggiunta di Cas9 consentirà l'uso dello strumento di editing genetico CRISPR per rendere efficiente, modifiche mirate al DNA delle zanzare.

Come prova del concetto, i ricercatori hanno utilizzato il sistema per interrompere la cuticola, ala, e sviluppo degli occhi, producendo completamente giallo, zanzare con tre occhi e senza ali. Il loro obiettivo a lungo termine è utilizzare le zanzare che esprimono Cas9 insieme a un'altra tecnologia, chiamata gene drive, per inserire e diffondere geni che sopprimono gli insetti evitando la resistenza che l'evoluzione in genere favorirebbe. Aedes aegypti sono i principali portatori di dengue, chikungunya, febbre gialla, e virus Zika, e stanno rapidamente diventando resistenti ai pesticidi comunemente usati.

Pubblicato oggi in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze (PNAS) , lo studio è stato condotto da Omar Akbari, un assistente professore di entomologia presso il College of Natural and Agricultural Sciences dell'UCR e membro dell'Istituto universitario per la biologia del genoma integrativo.

Gli sforzi precedenti per utilizzare l'editing del genoma per impedire alle zanzare di diffondere agenti patogeni sono stati ostacolati da bassi tassi di mutazione, scarsa sopravvivenza delle zanzare modificate, e trasmissione inefficiente di geni perturbati alla prole. Akbari e colleghi hanno sviluppato zanzare transgeniche che esprimono stabilmente un enzima batterico Cas9 nella linea germinale, consentendo un editing del genoma altamente efficiente utilizzando il sistema CRISPR. CRISPR funziona come un paio di forbici molecolari, tagliare e sostituire specifiche sequenze di DNA basate su una guida di acido ribonucleico (RNA). Nella carta, il team ha utilizzato il sistema per distruggere i geni che controllano la vista, volo e alimentazione, con conseguente zanzare con un occhio in più, ali malformate, e difetti nel colore degli occhi e delle cuticole, tra le altre modifiche.

Akbari ha affermato che questi ceppi rappresentano il primo passo verso l'utilizzo di sistemi di gene drive per controllare le popolazioni di zanzare e ridurre le malattie che diffondono.

"Questi ceppi Cas9 possono essere utilizzati per sviluppare unità di geni separati, che sono una forma di unità genica mediante la quale gli RNA Cas9 e guida vengono inseriti in loci genomici separati e dipendono l'uno dall'altro per la diffusione. Questo è il modo più sicuro per sviluppare e testare le unità genetiche in laboratorio per garantire che non si diffondano in natura, " ha detto Akbar.

Le unità genetiche aumentano notevolmente le probabilità che un gene o un insieme di geni vengano trasmessi alla prole, dal 50 percento al 99 percento. Questo numero può potenzialmente aumentare fino al 100% quando un gene bersaglio viene interrotto in più siti, una tecnica chiamata multiplexing che è stata recentemente modellata matematicamente da Akbari e dai colleghi della UC Berkley.

Le unità genetiche possono essere utilizzate per influenzare l'ereditarietà genetica a favore di una rapida diffusione, geni autodistruttivi, come quelli che interrompono la fertilità, e potrebbero essere un modo ecologico ed economico per sopprimere popolazioni di insetti che diffondono malattie.

"I prossimi passi dovrebbero essere intrapresi per identificare le sequenze regolatorie che possono essere utilizzate per esprimere gli RNA guida dal genoma, e una volta identificate queste sequenze, lo sviluppo di unità genetiche nella specie dovrebbe essere chiavi in ​​mano, " ha detto Akbar.

Il titolo del documento è "Germline Cas9 Expression Yields Highly Efficient Genome Engineering in a Major Worldwide Disease Vector, Aedes Aegypti."