世界上第一个针对蜱虫的基因组编辑工具

研究人员已经成功地使用CRISPR-Cas9编辑了黑脚蜱的基因组。为了完成这一壮举，他们开发了一种胚胎注射方案，克服了该领域的一个主要障碍。这项研究发布在2月15日的iScience上。

　　

   

   

这是一张黑腿蜱的照片

资料来源:内华达大学里诺分校

黑脚蜱虫，又称草爬子，（节肢动物门蛛形纲蜱目蜱科，世界已发现约800余种，中国已记录的有110种）传播莱姆病，这种病一般不会死人，被发现的时间也不久，但发展迅速，几乎成了世界各洲都有的疫情。它们不仅可咬伤皮肤吸血，而且是螺旋体、立克次体、病毒、细菌感染的媒介。

“尽管蜱类具有获得和传递一系列致残性病原体的能力，但对它们的研究一直落后于蚊子等其他节肢动物载体，这主要是因为在应用现有的遗传和分子工具方面存在挑战。”该研究的共同高级作者、内华达大学里诺分校的分子生物学家莫妮卡·古里亚-努斯(Monika Gulia-Nuss)说。

现在研究人员已经成功地使用CRISPR-Cas9编辑了黑脚蜱的基因组。为了完成这一壮举，他们开发了一种胚胎注射方案，克服了该领域的一个主要障碍。

“基因编辑工具将允许我们解开一些秘密的蜱虫基因组和允许我们确定这些独特的动物生存的环境，它们如何与病原体相互作用，以及如何防止传播疾病对人类和牲畜，”Gulia-Nuss说。

蜱虫是人类、野生动物和家畜的多种病原体的载体，尽管与公共卫生相关，但在分子水平上对蜱的生物学知识仍然有限。这与蚊子等昆虫形成了鲜明对比，目前已有大量的转基因和基因组编辑工具。该研究的另一位资深合著者、内华达大学里诺分校(University of Nevada, Reno)的昆虫学家安德鲁·努斯(Andrew Nuss)说:“这一领域的进展对于解决蜱虫传播疾病日益严重的问题的研究进展至关重要。”

CRISPR-Cas9已经彻底改变了许多生物的功能遗传学研究。这种基因编辑技术已被应用于蚊子和其他节肢动物疾病载体，但尚未成功的基因编辑在蜱中报道。注射蜱虫胚胎进行基因编辑的技术挑战进一步减缓了研究进展。蜱虫胚胎注射非常困难，因为卵内的高压、坚硬的绒毛膜(卵的外壳)和胚胎外的蜡层必须在注射前去除。雌性蜱虫使用一种叫做“吉氏器”的特殊器官为卵包裹一层坚硬的蜡层。

在iScience的研究中，研究人员开发了一种成功的蜱胚胎注射方案，并使用CRISPR-Cas9进行了靶向基因破坏，使用了两种方法:胚胎注射和受体介导的卵巢货物转导(ReMOT Control)——一种劳动强度更低的节肢动物基因编辑方法。研究人员切除了吉氏器，以防止蜡沉积，然后用一种叫做苯扎氯铵和氯化钠的化学物质处理这些卵，以去除绒毛膜，并降低卵内的压力。

“我们能够仔细地解剖怀孕的雌蜱，用手术切除负责给卵涂蜡的器官，但仍能让雌蜱产卵。这些不含蜡的卵允许向蜱类胚胎注射基因组修改所需的材料，”Gulia-Nuss说。“另一个重大挑战是了解蜱虫胚胎发育的时间。我们对蜱虫胚胎学所知甚少，所以我们需要确定引入CRISPR-Cas9的精确时间，以确保诱导基因改变的最大机会。”

注射胚胎的存活率约为10%，与成熟的昆虫模型相当。在ReMOT Control中，所有注射的蜱虫都存活了下来。数据表明，用这两种方法注射蜱胚和对蜱进行基因操作是可行的，对在附肢中表达的吻足(Proboscipedia, ProbP)基因的编辑效率相当。

“此前，没有实验室证明在蜱中可以进行基因组修饰。有些人认为这在技术上太难实现了，”Nuss说。“这是第一次有研究表明，蜱虫的遗传转化可能通过一种、而是两种不同的方法实现。”

需要更多的研究来充分了解蜱中高效基因编辑的分子机制。虽然这些工具将加速蜱类基因研究，但仍需要改进胚胎注射协议，以提高存活率、幼虫孵化和基因编辑效率。

Gulia-Nuss说:“我们希望我们在这里开发的工具将打开新的研究途径，大大加快我们对这种蜱及其相关物种的分子生物学的理解。有针对性地破坏人类病原体的蜱虫载体的基因，是揭示蜱虫-病原体-宿主相互作用的潜在生物学的有力方法，可以为蜱虫传播疾病控制的新方法的开发和应用提供信息。”

几位共同作者已经就ReMOT Control技术申请了专利保护。

# # #

---

---

Cas9-mediated gene editing in the black-legged tick, Ixodes scapularis, by embryo injection and ReMOT Control