4 Minute
Descoperire revoluționară: CRISPR folosit pentru prima dată pe păianjeni
Cercetătorii de la Universitatea din Bayreuth, Germania, au realizat un progres semnificativ în domeniul ingineriei genetice, utilizând tehnologia CRISPR-Cas9 pentru a modifica genetic păianjenii. Pentru prima dată, această tehnică de editare genetică a făcut posibilă obținerea unor păianjeni de casă capabili să producă fire de mătase cu fluorescență roșie, demonstrând astfel fezabilitatea modificărilor genetice funcționale la arahnide – un grup care, până acum, nu a putut fi manipulat atât de direct.
Spre deosebire de originile fictive ale supereroilor din benzi desenate, precum Spider-Man, acești păianjeni modificați genetic nu sunt radioactivi și nu prezintă pericole suplimentare din punct de vedere al veninului. În afara modificărilor genetice introduse, rămân păianjeni de casă tipici (Parasteatoda tepidariorum). Noile trăsături, precum lipsa ochilor și producerea de mătase fluorescentă, reprezintă însă un pas esențial pentru ingineria biomedicală și știința materialelor avansate.
Știința din spatele matasii de păianjen editate genetic prin CRISPR
CRISPR-Cas9 este o tehnologie revoluționară de editare a genomului, care permite modificarea precisă a secvențelor ADN prin adăugare, eliminare sau înlocuire. Anterior acestui studiu, CRISPR nu fusese aplicat cu succes asupra păianjenilor, deși mătasea de păianjen este renumită pentru proprietățile sale de excepție – rezistență la tracțiune comparabilă cu oțelul, elasticitate remarcabilă și greutate redusă. Aceste caracteristici recomandă mătasea de păianjen ca material inovator pentru aplicații în biomedicină sau inginerie aerospațială.
„Având în vedere multitudinea potențialelor aplicații, este surprinzător că nu au existat până acum studii cu CRISPR-Cas9 pe păianjeni,” explică profesorul Thomas Scheibel, expert în biochimie la Universitatea din Bayreuth și autorul principal al proiectului.
Detaliile experimentului: Cum au fost modificați genetic păianjenii
Pentru a stabili o metodă eficientă de editare genetică la păianjeni, cercetătorii au început cu un experiment de tip proof-of-concept, țintind gena sine oculis, esențială pentru dezvoltarea ochilor. Prin personalizarea complexului CRISPR-Cas9 și injectarea acestuia în abdomenul femelelor de păianjen anesteziate, au vizat ovulele acestora. După fertilizare, puii de păianjen au prezentat lipsă sau subdezvoltare a ochilor, confirmând eficiența editării genetice in vivo.
Pe baza acestui succes, următoarea etapă a vizat modificarea genelor implicate în sinteza mătăsei de păianjen. Cercetătorii au identificat și editat genele responsabile de producerea spidroinelor – proteinele principale din cea mai puternică mătase de păianjen. Folosind CRISPR, au inserat o genă pentru o proteină fluorescentă roșie, obținând păianjeni ce produc fire de mătase care strălucesc în roșu. Această tehnică a demonstrat posibilitatea de a adăuga noi funcții mătăsii prin instrumente moderne de editare genetică.
Implicatii pentru știința materialelor și nu numai
Mătasea naturală de păianjen este considerată o capodoperă a bioingineriei, având peste șapte tipuri diferite la diversele specii – fiecare adaptat pentru sarcini precum construirea pânzelor sau capturarea prăzii. Chiar dacă s-au dezvoltat mătăsuri artificiale, performanțele acestora abia acum încep să se apropie de cele ale mătăsii naturale de păianjen. Posibilitatea de a modifica direct proteinele mătăsii prin editare genetică deschide oportunități fără precedent pentru crearea de materiale funcționalizate, adaptate unor scopuri precise.
„Am demonstrat, pentru prima dată în lume, că sistemul CRISPR-Cas9 poate fi folosit pentru a insera o secvență dorită în proteinele mătăsii de păianjen, permițând astfel funcționalizarea acestor fibre,” subliniază profesorul Scheibel. Potențialul de a îmbunătăți calitățile deja excepționale ale mătăsii de păianjen ar putea conduce la materiale de înaltă performanță pentru biotehnologie, medicină și inginerie.
De ce sunt importanți păianjenii și mătasea lor
Păianjenii există pe Terra de peste 400 de milioane de ani, diversificându-se în peste 50.000 de specii cunoscute și ocupând locul șapte în diversitatea speciilor animaliere. Mătasea lor a inspirat cercetări vaste datorită proprietăților mecanice unice, însă creșterea acestor animale la scară industrială nu este practică – fiind solitari și prădători. Acest fapt a limitat accesul la mătase naturală de păianjen, iar inovațiile în editarea genetică devin astfel deosebit de valoroase.
Mătasea de păianjen editată genetic, cu proprietăți adaptate, ar putea fi utilizată pentru fire de sutură chirurgicală, textile biodegradabile sau materiale compozite de ultimă generație. Tehnologia CRISPR-Cas9 permite accelerarea dezvoltării acestor biomateriale și extinderea cercetării în domenii până acum inaccesibile.
Concluzie
Modificarea genetică reușită a păianjenilor prin CRISPR-Cas9 reprezintă un avans major în ingineria genetică și știința materialelor. Capacitatea de a obține păianjeni ce produc mătase fluorescentă roșie stabilește o abordare practică pentru editarea genomului arahnidelor și deschide noi perspective pentru dezvoltarea de materiale bioinspirate de înaltă performanță. Pe măsură ce tehnologia CRISPR evoluează, impactul asupra științei, tehnologiei și industriei ar putea fi semnificativ, extinzând capacitatea de a ingineriza sisteme vii pentru beneficiul societății.
Comentarii