Wissenschaftler verwenden CRISPR Gene Editing Tool, um das Verhalten von Ameisen zu manipulieren

Dieses Foto zeigt Ooceraea biroi-Arbeiter, die mit Farbpunkten zur individuellen Verhaltensverfolgung versehen sind. Bildnachweis: Daniel Kronauer The Rockefeller University
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Diese GVO-Operation (unter Verwendung der CRISPR-Technologie) verändert permanent die Keimbahn dieser Ameisen und mit dem spezifischen Zweck, ihr soziales Verhalten zu ändern. Technokraten berücksichtigen keine ethischen oder ungünstigen Ergebnisse, die sicherlich eintreten werden. TN Editor

Die Gen-Editing-Technologie namens CRISPR hat die Art und Weise, wie die Funktion von Genen untersucht wird, revolutioniert. Bisher wurde CRISPR in großem Umfang eingesetzt, um einzellige Organismen und vor allem bestimmte Zelltypen in komplexeren Organismen präzise zu modifizieren. Jetzt berichten zwei unabhängige Forscherteams, dass CRISPR zur Manipulation von Ameiseneiern eingesetzt wurde, was zu Keimbahnveränderungen in jeder Zelle der erwachsenen Tiere in der gesamten Ameisenkolonie führte. Die Papiere erscheinen im August 10 Zelle.

"Diese Studien sind ein Beweis für das Prinzip, dass man mit Ameisen Genetik betreiben kann", sagt Daniel Kronauer, Assistant Professor an der Rockefeller University und leitender Autor einer der Studien. „Wenn Sie sich für soziale Verhaltensweisen und ihre genetischen Grundlagen interessieren, sind Ameisen ein gutes System. Jetzt können wir jedes Gen ausschalten, von dem wir glauben, dass es das Sozialverhalten beeinflusst und dessen Auswirkungen sieht. “

Da Ameisen in Kolonien leben, die wie Superorganismen funktionieren, sind sie auch ein wertvolles Modell für die Untersuchung komplexer biologischer Systeme. Aufgrund der Komplexität ihrer Lebenszyklen war es jedoch schwierig, Ameisenkolonien im Labor zu züchten und zu untersuchen.

Die Teams haben einen Weg gefunden, dies zu umgehen, indem sie zwei verschiedene Ameisenarten verwendeten. Das Rockefeller-Team beschäftigte eine Art namens Clonal Raider Ameisen (Ooceraea biroi), denen in ihren Kolonien Königinnen fehlen. Stattdessen entwickeln sich einzelne unbefruchtete Eier als Klone und erzeugen eine große Anzahl von Ameisen, die durch Parthogenese genetisch identisch sind. "Das bedeutet, dass wir durch die Verwendung von CRISPR zur Modifizierung einzelner Eier schnell Kolonien mit der zu untersuchenden Genmutation züchten können", sagt Kronauer.

Das andere Team ist eine Zusammenarbeit zwischen Forschern der New York University und der NYU School of Medicine, der Arizona State University, der Perelman School of Medicine der University of Pennsylvania und der Vanderbilt University. gebrauchte indische springende Ameisen (Harpegnathos saltator). „Wir haben diese Art ausgewählt, weil sie eine besondere Eigenschaft hat, die es einfach macht, Arbeiter in Königinnen zu verwandeln“, sagt Claude Desplan, Silberprofessor an der NYU und einer der führenden Autoren der zweiten Studie. Wenn die Königin stirbt, fangen die jungen Arbeiterameisen an, sich um die Vorherrschaft zu duellieren. Irgendwann wird einer von ihnen zum „Pseudoqueen“ - auch Gamergate genannt - und darf Eier legen.

„Im Labor können wir jeden Arbeiterembryo injizieren, um sein Erbgut zu verändern“, sagt Desplan. "Wir wandeln den Arbeiter dann in einen Pseudoqueen um, der Eier legen, die neuen Gene vermehren und eine neue Kolonie hervorbringen kann."

Desplan, Co-Senior-Autor Danny Reinberg, ein Forscher des Howard Hughes Medical Institute an der NYU Langone, und Shelley Berger, Professorin an der Daniel S. Och-Universität in den Abteilungen für Zell- und Entwicklungsbiologie und Biologie in Penn, haben vor einigen Jahren begonnen, diese Ameisen zu studieren als eine Möglichkeit, etwas über die Epigenetik zu lernen, die sich eher auf Änderungen der Genexpression als auf Änderungen des genetischen Codes selbst bezieht. "Die Königinnen und die Arbeiterinnen sind genetisch identisch, im Wesentlichen Zwillingsschwestern, aber sie entwickeln sich sehr unterschiedlich", sagt Desplan. "Das macht sie zu einem guten System für das Studium der epigenetischen Entwicklungskontrolle."

Das Gen, das beide Forscherteams mit CRISPR ausgeschaltet haben, heißt orco (Odorant Rezeptor Coreceptor). Ameisen haben 350-Gene für Geruchsrezeptoren, eine unerschwinglich große Anzahl, die individuell verwaltet werden muss. Aufgrund der einzigartigen Funktionsweise der Rezeptoren - in diesem Fall ein Glücksfall - war es den Ermittlern jedoch möglich, die Funktion von 350 mit einem einzigen Knockout zu blockieren. "Jeder dieser Rezeptoren muss sich mit dem Orco-Corezeptor zusammenschließen, um effektiv zu sein", sagt Waring Trible, Student in Kronauers Labor und Erstautor der Rockefeller-Studie. Als das Gen ausgeschaltet wurde, waren die Ameisen effektiv blind für die Pheromonsignale, mit denen sie normalerweise kommunizieren. Ohne diese chemischen Hinweise werden sie asozial, wandern aus dem Nest und versuchen nicht, nach Nahrung zu suchen.

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