اولین ویرایش ژنتیکی در عنکبوتها با روش ویرایش ژن کریسپر (CRISPR-Cas9) منجر به تولید تار عنکبوت رنگی شد.
به گزارش خبر گیاهپزشکی ایران از phys، گروه تحقیقاتی مواد زیستی دانشگاه بایرویت آلمان برای اولین بار با موفقیت ابزار ویرایش ژن CRISPR-Cas9 را بر روی عنکبوتها به کار برد. پس از انجام این اصلاح ژنتیکی، عنکبوتها توانایی تولید تارهای قرمز فلورسنت را به دست آوردند.
تار عنکبوت یکی از جذابترین انواع الیاف در حیطه علوم مواد است. تار عنکبوت بسیار الاستیک یا ارتجاعی و مقاوم در برابر پارگی و در عین حال سبک و زیستتخریبپذیر هم است.
اگر دانشمندان موفق شوند تولید تار عنکبوت را در محیط زنده (in vivo) یعنی داخل بدن حشره زنده تحت تأثیر قرار دهند و از این راه در مورد ساختار تار عنکبوت به اطلاعات و درک جدید دست یابند، این امر میتواند راه را برای توسعه قابلیتهای جدید تارهای عنکبوت برای طیف وسیعی از کاربردها هموار کند.
در طول دهه گذشته، ابزار ویرایش ژن CRISPR-Cas9 انقلابی در زیستشناسی ایجاد کرده است. با این ابزار مولکولی، محققان میتوانند محلهای خاصی را در DNA هدف قرار داده و برش دهند. سپس مکانیسمهای ترمیم طبیعی سلول برای حذف یک ژن (knock-out) یا وارد کردن یک ژن جدید (knock-in) میتواند استفاده شود.
به دلیل کارایی این روش، CRISPR-Cas9 در مطالعات متعددی در زیستشناسی رشدی و تکاملی، و همچنین در علوم مواد، کنترل آفات و کشاورزی مورد استفاده قرار گرفته است.
پروفسور توماس شایبل، رئیس بخش مواد زیستی در دانشگاه بایرویت و نویسنده ارشد این مطالعه، میگوید: «با توجه به طیف گسترده کاربردهای ممکن، جای تعجب است که تاکنون هیچ مطالعهای با استفاده از CRISPR-Cas9 در عنکبوتها انجام نشده است.»
عنکبوت مورداستفاده در این تحقیق گونه Parasteatoda tepidariorum یا همان عنکبوت معمولی خانگی بود.
پروفسور توماس شایبل و دانشجوی دکترای او، ادگاردو سانتیاگو-ریورا، برای رویکرد جدید خود، یک محلول تزریقی تهیه کردند که شامل اجزای سیستم ویرایش ژن و همچنین یک توالی ژن برای یک پروتئین فلورسنت قرمز بود. این محلول به عنکبوتهای ماده بارورنشده تزریق شد که سپس با نرهای همان گونه جفتگیری کردند. در نتیجه، فرزندان عنکبوتهای ویرایششده ژنی، رنگ قرمز فلورسنت را در تارهای کشیده خود بروز دادند – که گواه روشنی از ورود موفقیتآمیز توالی ژن به ژنوم (جهش ژنتیکی) و درنتیجه تولید تار عنکبوت رنگی بود.
شایبل میگوید: “ما برای اولین بار در جهان نشان دادهایم که میتوان از CRISPR-Cas9 برای گنجاندن یک توالی ژن دلخواه در پروتئینهای ابریشم عنکبوت استفاده کرد و از این طریق امکان عملکردیسازی این رشتهتارها را فراهم کرد.”
وی میافزاید: “توانایی اعمال ویرایش ژن CRISPR بر روی تار عنکبوت برای تحقیقات علوم مواد بسیار امیدوارکننده است. به عنوان مثال، میتوان از آن برای افزایش بیشتر استحکام کششی تار عنکبوت استفاده کرد.”
پروتئین تار عنکبوت دستکاریشده در این مطالعه به عنوان اولین مدل برای توسعه الیاف و تارهای با خواص جدید است و از عملکردیسازی (functionalization) آنها برای کاربردهای آینده پشتیبانی میکند.
همچنین در بخش دیگری از این تحقیق، جهش ژنتیکی از طریق حذف ژن sine oculis منجر به از دست دادن بینایی عنکبوتها شد که تاییدی بر نقش این ژن در بینایی عنکبوتها بود.
یافتههای این مطالعه در مجله Angewandte Chemie منتشر شده است.
Edgardo Santiago‐Rivera et al, Spider Eye Development Editing and Silk Fiber Engineering Using CRISPR‐Cas, Angewandte Chemie International Edition (2025). DOI: 10.1002/anie.202502068
