Gen-drive-Technologie macht die Maus Nachkommen vererben bestimmte Merkmale von den Eltern

Als Maus-Genetiker, wir verbringen eine Menge Zeit mit dem warten auf die Mäuse zu machen, mehr Mäuse. Ihre geringe Größe, einfache Pflege und die Bereitschaft sich zu Paaren gemacht haben Mäuse die „säugetier der Wahl“ für die Wissenschaftler seit mehr als einem Jahrhundert. In der Tat, diese wriggly Fell Bälle, die Streiks Angst in den Herzen von einigen schuldet, eine Schuld von Dankbarkeit für alles, was Sie gelehrt haben Forscher über die menschliche Gesundheit und wie säugetier-Organe aufgebaut sind und funktionieren.

In unserem Labor verwenden wir Mäuse zu verstehen, wie die Gliedmaßen entwickelt. Insbesondere, wir sind fasziniert von der genetischen Veränderungen im Laufe der Millionen von Jahren, seit die ersten vierbeinigen Tier plumpste aus dem Wasser und auf land. Es ist bemerkenswert, dass der Delphin die Flosse und das mit der Fledermaus die Flügel, zum Beispiel, abgeleitet von einem gemeinsamen Vorfahren. Unser Ziel ist es, zu entdecken, welche die Unterschiede in Ihrer DNA verursacht dramatische Veränderungen in den Formen von verschiedenen Säugetieren. Konkret arbeiten wir mit einem kleinen, in der Wüste lebende nagetier namens jerboa, die fast absurd langen hinteren Gliedmaßen. Eine sehr wirkungsvolle Strategie zu verstehen, die jerboa enorme Füßen wäre zu Ingenieur-Maus mit jerboa Entwicklung des Körpers, Gene und sehen, ob diese genetischen Veränderungen einer Maus, die mit längeren Beinen.

Aber wenn wir verstehen wollen, die komplizierte genetische Geschichte der evolution des jerboa des Körpers, die wir brauchen, um zu studieren, dass mehrere Gene auf einmal. Dies verursacht ein problem, ähnlich wie biomedizinische Forscher mit Mäusen zu verstehen, die menschliche genetische Krankheiten. Obwohl Mäuse und Menschen sind in vielerlei Hinsicht ähnlich und sind anfällig für einige der gleichen genetischen Krankheiten, unsere häufigsten Erkrankungen sind verursacht durch mehr als ein gen.

Dies führt zu einem großen problem bei der Verwendung von Mäusen zu verstehen, sowohl säugetier-evolution sowie genetische Erkrankungen: Wahrscheinlichkeit. Wenn Wissenschaftler verändern ein gen in einer Maus, die nicht alle der Nachkommen vererben das Merkmal in der nächsten generation. Unser Labor ist das erste zu entwickeln, eine Strategie zur Förderung dieser Verschiedenheit.

Das kleinere ägyptische jerboa, Jaculus jaculus. Wir haben nicht Ingenieur dieses Tier, aber wir hoffen, dass die Verwendung entwickelt, Mäuse zu verstehen, wie es sich entwickelt. Credit: Elias Neideck/Wikimedia Commons, CC-BY-SA

Vererbung und überladung-Vererbung

Beginnen wir mit den Grundlagen. Jedes Tier hat zwei Versionen von jedem gen. Jedem Elternteil übergeben wird, nur eine version zu jeder Nachkommen. Die Vererbung der verschiedenen genetischen Merkmale, ist also ein bisschen wie ein Münzwurf, wo eine bestimmte version übernommen wird, 50 Prozent der Zeit.

Erstellen Sie eine Maus vererbt mutierte Versionen der drei krankheitsverursachende Gene von jedem Elternteil hat die gleiche Wahrscheinlichkeit, wie sechs gleichzeitig aufgedeckt und Münzen aller Landung auf dem „Kopf“. Aber was, wenn die Münzen werden könnte ungleichmäßig gewichtet, so dass Sie eine höhere Wahrscheinlichkeit des Fallens heads-up?

Das Konzept von stapeln, die Verschiedenheit in der Bevorzugung einer der beiden Varianten eines Gens zugrunde liegt, Bemühungen um die Ingenieur-gen-Laufwerke. Ein gene drive ist einfach definiert als ein Stück DNA, die vererbt wird mehr als oft erklärt werden kann, ist durch Zufall über mehrere Generationen, so dass es fegt durch die Bevölkerung. Vor kurzem Forscher in Großbritannien haben gezeigt, dass gen-Laufwerke können in der Lage zu verlangsamen die Ausbreitung von durch Stechmücken übertragenen Krankheiten, wie malaria.

Die oberste Linie zeigt, wie die genetische suchen-und-ersetzen-Mechanismus wurde entwickelt in Mäusen. Es gibt drei mögliche Ergebnisse: Eine graue Maus bedeutet, dass kein Schnitt gemacht wurde, eine weiße Maus heißt, es ist eine mutation, aber keine Ersatz -, und eine weiße Maus, die rot leuchtet, bedeutet das Spender-gen ersetzt der Empfänger gen. Credit: Kim Cooper, CC-BY-SA

Gene-drive-Systeme sind in der Entwicklung verlassen sich auf die beiden Komponenten des CRISPR-Cas9-gen editing-Maschinen; das Cas9 protein wirkt wie eine Schere und schneidet die DNA, und eine kurze Anleitung, Reihenfolge, sagt die Schere, wo genau zu schneiden. In einem gen-Laufwerk, ein Spender-gen, das ist die version, die wir vorstellen möchten, in das Tier, ist so ausgelegt, dass diese Komponenten, so dass Sie können ersetzen Sie die nicht ausgereifte version, oder die so genannte Empfänger-gen. Wenn die nicht-manipulierte Empfänger-Gens geschnitten, die Spender-gen Reparaturen der Schnitt indem Sie sich in die Empfänger-site so, dass es zwei identische Kopien des Spenders gen.

Die Spender-gen wirkt daher wie die suchen-und-ersetzen-Funktion der Textverarbeitung. Die Empfänger-gen umgewandelt wird, so dass eine Mücke zum Beispiel würden zwei Kopien von der engineered Spender-gen weitergeben an seine Nachkommen. Auf diese Weise, eine kleine Anzahl von gentechnisch veränderten Moskitos, die Paaren sich mit wilden Mücken bestehen würde, die “ engineered gen an alle Ihre Nachkommen. Das wären dann mate mit mehr wilden Mücken und passieren die gen entwickelt, um alle Ihre Nachkommen. Und so weiter, bis die manipulierte gen aufgenommen wurde in die DNA der gesamten Bevölkerung. Wenn das manipulierte gen macht Moskitos resistent gegen malaria-Infektion, eines gen-Festplatte machen könnte Ihr Biss nur ein kleines ärgernis.

Die Maus auf der linken Seite nicht die rot fluoreszierenden proteins, und die Maus auf der rechten Seite hat, was durch die rot leuchtende Ohr. Credit: Kim Cooper, CC-BY-SA

Nicht suchen und ersetzen funktioniert in Mäusen?

Dieser Ansatz funktionierte gut in Labor-Populationen von Insekten, aber Insekten und Säugetiere sich von einem gemeinsamen Vorfahren mehr als 700 Millionen Jahren. Könnte ähnliche Systeme arbeiten in den Mäusen zu erhöhen, die Wahrscheinlichkeit der Vererbung? Um dies zu testen, haben wir entwickelt ein system, ähnlich wie ein gen-Laufwerk mit einem Maus-donor-gen, das könnte Herstellung ein rot fluoreszierendes protein. Wenn Sie die „suchen und ersetzen“ gearbeitet, das baby Mäuse würde rot Leuchten unter einem besonderen Licht.

Wir waren begeistert zu sehen, dass, wenn CRISPR schneiden der DNA während der ei-Produktion bei Frauen der Spender-gen war oft in der Lage, ersetzen Sie die Empfänger-version. Viele baby Mäuse, erbte die Empfänger-Chromosom glühte rot. In der Tat, unsere Spender-gen vererbt, so viel wie 86 Prozent der Zeit – zu einem stark gewichteten Münze – im Vergleich zu nur die üblichen 50 Prozent.

Allerdings ist diese genetische suchen und ersetzen “ nicht so gut funktionieren wie bei Insekten, und es hat nicht funktioniert in der Produktion von Spermien bei Männern. Wir denken, dass wir verstehen, warum, und wir denken, dass wir einige Verbesserungen an der Technik, so dass es effizienter in Mäusen.

Diese kurze animation erklärt, was wir in ein wenig mehr Details.

Was kommt als Nächstes?

Einige haben vorgeschlagen, dass ein gene drive wäre ein sicherer und effektiver Weg, um loszuwerden, ein Ort der invasiven Mäuse und Ratten—die Insel verwüsten die biologische Vielfalt und tragen zum Artensterben—als Breitspektrum-Gifte. Jedoch, andere haben Bedenken über unbeabsichtigte Konsequenzen der Freisetzung gentechnisch veränderter Tiere in der freien Wildbahn. Bevor ein gen-Laufwerk wird zu einer Realität in Nagetieren, jedoch viel Arbeit würde getan werden müssen, zu erhöhen suchen-und-ersetzen-Effizienz und zur Verringerung der Häufigkeit von Fehlern, die machen würde, die Tiere resistent gegen eine Festplatte. Daher halten wir Wissenschaftler sollten die Zeit nutzen und sorgfältig zu prüfen und zu diskutieren mit der öffentlichkeit, was kann und was sollte oder sollte nicht getan werden mit wilden nagetier-gen-Laufwerke.