Technologie CRISPR/Cas9 dělá mravence antisociálními

Vědci z The Rockefeller University použili technologii CRISPR/Cas9 na mravence k úpravě genů odpovědných za vnímání pachu. Vědci získali důkazy, že čich umožňuje mravencům nejen se pohybovat ve vesmíru, ale také budovat složité sociální vztahy. Kromě toho vyřazení „genu čichu“ vedlo ke změnám v mozkových strukturách. Výsledky byly publikovány v časopise Buňka.

Mravenci jsou schopni složité sociální organizace, dělby práce a spolupráce při plnění úkolů, které přesahují možnosti jednotlivce. Předpokládá se, že feromony umožňují tomuto hmyzu vést takový složitý společenský život a vyměňovat si informace, ale přesné mechanismy mravenčí sociální interakce pomocí feromonů jsou stále špatně pochopeny. Je známo, že u octomilek je za vnímání feromonů odpovědných několik rodin chemických receptorů typických pro hmyz, ale jeden z nich je zvláště dobře vyvinut u mravenců – jejich repertoár čichových receptorů (OR) je mnohem širší. Vědci navrhli, že hrají zvláštní roli v sociálním chování.

Abyste se o tom ujistili, musíte vypnout všechny čichové receptory hmyzu, a to se ukázalo být možné pomocí technologie CRISPR/Cas9: v tomto případě stačilo vypnout pouze jeden gen, orco, což je nezbytné pro fungování každého z 350 čichových receptorů u mravenců. Také pro výzkum bylo nutné rozmnožit dostatečný počet mutantů zbavených čichu a na pomoc přišli mravenci druhu Ooceraea biroi, schopné partenogeneze – samice kladou vajíčka bez účasti samce, v důsledku čehož lze vyšlechtit celou generaci geneticky identického hmyzu. Vědci upravili genom mravence ještě ve vejci a poté vychovali potomky, kteří mutaci zdědili, a jejich data byla zahrnuta do výsledků studie.

Absence čichových receptorů musela mít určitý vliv na chování zvířat a na jejich nervový systém: na tykadlech mravenců jsou čichové senzorické neurony (OSN), které detekují molekuly pachu a přenášejí informace do mozku, a v mozku je oblast (anténní lalok), která přijímá signál. Nejprve se vědci rozhodli ujistit se, že mutantům chybí orco protein, aby to udělali, označili ho fluorescenčním barvivem. Jak se dalo očekávat, u orco mutantů nebyly nalezeny žádné stopy proteinu a navíc jim chyběla většina čichových senzorických neuronů. Změny v mozkových strukturách byly pozorovány pomocí konfokální mikroskopie. Objem oblasti, která přijímá signál z antén, byl u mutantů snížen o třetinu a bylo ztraceno asi 82 ​​% glomerulů (dendritických útvarů).

Řada testů umožnila vyhodnotit změny chování u mutantních mravenců. Mutanti například nereagovali na averzivní podněty, méně sledovali feromonové stopy jiných mravenců (tyto testy byly prováděny ve smíšených skupinách) a vykazovali „toulavé chování“ – namísto vytváření shluků s jinými mravenci, jedinci bez zápachu. putoval sám a na základě tohoto chování nebylo těžké určit kolonie, ve kterých mutanti žili. Mutace navíc negativně ovlivnila délku života mravenců a počet nakladených vajíček.

Autoři zdůrazňují, že i přes výrazné rozdíly v chování orco mutantů nelze říci, že by byli zcela vyloučeni ze společenského života. Mnozí z nich stále kladli vajíčka, dotýkali se svých příbuzných anténami a vyjadřovali poplašné signály.

Soudě podle výsledků studie vypnutí čichových receptorů ve skutečnosti mravencům brání v navigaci čichem, sledování feromonových stop a plné účasti na společenském životě kolonie. Ve srovnání s jiným hmyzem, který nemá tolik čichových receptorů, vedla mutace orco u mravenců k mnohem větším změnám v neuroanatomii jedinců. Čich byl již vypnut u ovocných mušek, komárů a sarančat, ale pouze u mravenců to vyvolalo tak výrazné změny v mozkových strukturách, přičemž vzorce chování se do značné míry opakují.

Autoři se domnívají, že složité čichové systémy se musí spoléhat na fungování receptorů: když receptory nefungují, čichové senzorické neurony se buď nevyvinou, nebo brzy odumírají, a v důsledku toho odpovídající mozkové struktury tvoří fenotyp, který byl nalezen v mutantní mravenci. A jsou to pravděpodobně vyvinuté čichové struktury mozku, které umožňují složité sociální chování mravenců. Zbývá však ještě mnoho objasnit – například proč jsou některé glomeruly stále přítomny u mutantů nebo proč jsou mravenci zbavení zápachu stále schopni některých sociálních interakcí, stejně jako vysvětlit vznik objeveného neuroanatomického fenotypu.

Dříve jsme psali o rozdílu mezi královnou a dělnicí, o tom, jak si mravenci mezi sebou přenášejí hormony, určují jejich místo v kolonii a jak mohou dospělí mravenci změnit svou roli při plnění úkolu. Své znalosti o mravencích a zajímavosti o nich můžete otestovat v našem testu.

Anna Zinina
Našli jste překlep? Vyberte fragment a stiskněte Ctrl + Enter.

Genová exprese byla zapnuta elektrickým proudem z baterie
K vytvoření elektrogenetického rozhraní byly použity lidské proteiny

Švýcarští vědci vyvinuli systém pro umělou kontrolu genové exprese pomocí elektrogenetického rozhraní poháněného stejnosměrným proudem. V experimentu se s jeho pomocí podařilo řízeně syntetizovat inzulín s transplantovanými lidskými buňkami v těle potkana s diabetes mellitus. Zpráva o práci byla zveřejněna v časopise Nature Metabolism. Moderní nástroje syntetické biologie umožňují vytvářet složité obvody řízení genetických buněk, které mohou plnit funkce oscilátorů, časovačů, paměťových modulů, lineárních vysílačů, relé a sčítaček. V experimentech byli schopni ovládat modely různých zdravotních stavů, včetně rakoviny, bakteriálních infekcí, chronické bolesti a cukrovky. Typicky takové obvody obsahují genetický spínač, který reaguje na sloučeniny s malou molekulou, ale jejich použití je omezeno biologickou dostupností, farmakodynamikou a vedlejšími účinky. Proto v poslední době různé vědecké skupiny testují fyzikální spouštěče, které reagují na světlo, teplo, magnetická pole a rádiové vlny, ale jejich použití je limitováno také biologickou dostupností, použitím nefyziologických kofaktorů a možnou cytotoxicitou. K překonání těchto omezení zvolili výzkumníci z Basilejského oddělení vědy a inženýrství biosystémů (D-BSSE) na ETH Zurich pod vedením Martina Fusseneggera jako řídicí vstup elektrický proud. Nízkonapěťový stejnosměrný proud dodávaný elektrodami rychle generuje volné elektrony a radikály v tkáních, což vede k tvorbě reaktivních forem kyslíku v nízkých, necytotoxických koncentracích. Autoři práce vzali jako základ lidský Kelch-like ECH-associated protein 1 (KEAP1), který moduluje imunitní protinádorovou odpověď. Za normálních podmínek sekvestruje transkripční faktor NRF2 a zaměřuje se na něj pro destrukci proteazomem. Když se koncentrace reaktivních forem kyslíku zvýší, uvolňuje NRF2, který se přesune do buněčného jádra a váže se na prvky antioxidační odezvy (ARE). Krátkodobý proud z domácí baterie nestačil k aktivaci KEAP1/NRF2, ale jejich ektopická konstantní exprese dala dostatečnou odezvu. Vědci zavedli do lidských embryonálních ledvinových buněk (HEK293) na virových vektorech geny KEAP1, NRF2 a reportérový konstrukt kódující modelový glykoprotein SEAP (lidská placentární sekreční alkalická fosfatáza) a syntetický promotor, který řídí její sekreci, obsahující operátor ARE. Výsledný systém nazvaný DART (DC-actuated Regulation technology, Regulation technology with DC-Current as aktuátor) spolehlivě produkoval požadovaný protein pod vlivem proudu z elektrod v živném médiu, aniž by způsobil další změny v transkriptomu a cytotoxicitě. Experimentálně bylo prokázáno, že optimální je 10sekundové vystavení aktuálnímu napětí 4,5 V ze tří domácích baterií AA nebo AAA. Jako důkaz konceptu autoři zavedli konstrukt DART produkující inzulín do buněčné linie odvozené z lidských mezenchymálních kmenových buněk. Monovrstva takových buněk v gelové kapsli byla umístěna pod kůži zad myší trpících diabetem 1. typu. Byli stimulováni pomocí tří AA baterií pomocí standardních akupunkturních elektrod schválených WHO a FDA denně po dobu 10 sekund. Druhý den se hladina glukózy v krvi zvířat vrátila k normálu a zůstala na této úrovni po dobu čtyř týdnů experimentu. Metabolické parametry lze upravit změnou napětí, trvání stimulace a frekvence sezení. Výzkumníci očekávají, že DART otevře možnost vytvářet nositelná elektronická zařízení pro přímou kontrolu metabolických zásahů. Podle jejich názoru představují elektrogenetická rozhraní chybějící článek k plné kompatibilitě a interoperabilitě elektronických a genetických systémů. V roce 2017 se americkým biotechnologům podařilo pomocí elektrického proudu ovládat geny Escherichia coli.

© 2025 N + 1 Online publikace / Certifikát o registraci médií El No. FS77-67614

Použití všech textových materiálů bez úprav pro nekomerční účely je povoleno s odkazem na N + 1.

Všechna audiovizuální díla jsou majetkem jejich autorů a držitelů autorských práv a slouží pouze pro vzdělávací a informační účely.

Pokud jste vlastníkem konkrétního díla a nesouhlasíte s jeho umístěním na našem webu, napište nám na [email protected]

Stránky mohou obsahovat obsah, který není určen pro osoby mladší 18 let.