바퀴벌레의 만화 크리스퍼. 크레딧: Shirai et al./Cell Reporting Methods

저널에 발표된 연구 논문에 따르면 세포 보고 방법 셀프레스 5월 16일자^와이2022년 연구원들은 바퀴벌레의 유전자 편집을 가능하게 하는 CRISPR-Cas9 기술을 개발했습니다. 직접적이고 효과적인 CRISPR(DIPA-CRISPR) 절차에는 배아 자체가 아닌 난자가 자라는 성체 암컷에게 물질을 주입하는 것이 포함됩니다.

수석 연구 저자인 교토 대학의 Takaaki Daimon은 “어떤 의미에서 곤충 연구자들은 알을 주입하는 불편함에서 벗어났습니다.”라고 말했습니다. 우리는 이제 우리 자신의 의지에 따라 곤충 게놈을 보다 자유롭게 수정할 수 있습니다. 원칙적으로 이 방법은 곤충 종의 90% 이상에서 작동해야 합니다.”

현재의 곤충 유전자 편집 방법은 일반적으로 초기 배아에 물질을 미세 주입해야 하므로 많은 종에 적용하는 것이 심각하게 제한됩니다. 예를 들어, 이전 연구에서는 독특한 생식 시스템으로 인해 바퀴벌레의 유전자 조작을 조사하지 않았습니다. 또한 곤충 유전자 편집에는 종종 고가의 장비, 각 종에 대한 특정 실험 설정 및 고도로 숙련된 실험실 인력이 필요합니다. “기존 방법의 이러한 문제는 다양한 곤충 종에 대한 게놈 편집을 수행하려는 연구자를 괴롭혔습니다.”라고 Damon은 말합니다.

이러한 한계를 극복하기 위해 Damon과 그의 동료들은 Cas9 리보핵단백질(RNP)을 암컷 귀뚜라미의 본체강에 주입하여 발달 중인 난세포에 유전적 돌연변이를 도입했습니다. 그 결과 유전자 편집 효율(총 부화 개체 수 중 변형 개체의 비율)이 22%에 이를 수 있음을 보여주었다. 붉은가루 딱정벌레에서 DIPA-CRISPR는 50% 이상의 효율을 달성했습니다. 또한 연구진은 단일가닥 올리고뉴클레오티드와 Cas9 RNP를 동시에 주입해 유전자 딱정벌레를 생성했지만 효율이 낮아 더욱 개선해야 한다.

진화적으로 멀리 떨어진 두 종에 DIPA-CRISPR를 성공적으로 적용한 것은 광범위한 사용을 보여줍니다. 그러나 이 접근법은 초파리를 포함한 모든 유형의 곤충에 직접 적용할 수 있는 것은 아닙니다. 또한 실험에 따르면 성공의 가장 중요한 요소는 성체 암컷의 주입 단계입니다. 결과적으로 DIPA-CRISPR는 난소 발달에 대한 좋은 지식을 필요로 합니다. 이것은 곤충의 다양한 생활사와 번식 전략으로 인해 일부 종에서는 어려울 수 있습니다.

이러한 제한에도 불구하고 DIPA-CRISPR은 접근 가능하고 매우 실용적이며 실험실에서 쉽게 구현되어 다양한 모델 및 비모델 곤충 종에 유전자 편집의 적용을 확장합니다. 이 기술은 성인을 주입하는 데 필요한 최소한의 장비와 Cas9 단백질과 단일 가이드의 두 가지 구성 요소만 필요합니다.[{” attribute=””>RNA—greatly simplifying procedures for gene editing. Moreover, commercially available, standard Cas9 can be used for adult injection, eliminating the need for time-consuming custom engineering of the protein.

“By improving the DIPA-CRISPR method and making it even more efficient and versatile, we may be able to enable genome editing in almost all of the more than 1.5 million species of insects, opening up a future in which we can fully utilize the amazing biological functions of insects,” Daimon says. “In principle, it may be also possible that other arthropods could be genome edited using a similar approach. These include agricultural and medical pests such as mites and ticks, and important fishery resources such as shrimp and crabs.”

Reference: “DIPA-CRISPR is a simple and accessible method for insect gene editing” by Yu Shirai, Maria-Dolors Piulachs, Xavier Belles and Takaaki Daimon, 16 May 2022, Cell Reports Methods.
DOI: 10.1016/j.crmeth.2022.100215

This work was supported by funding from JSPS KAKENHI, JSPS Open Partnership Joint Research Projects, Spanish Ministry of Innovation and Competitiveness, and CSIC-Spain, and in part by Cabinet Office, Government of Japan, Cross-ministerial Moonshot Agriculture, Forestry and Fisheries Research and Development Program.