Erste transgene Zecken zur Bekämpfung von durch Zecken übertragenen Krankheiten wie der Lyme-Borreliose

Genetic Engineering and Diseases – Gene Drive & Malaria (Juni 2019).

Anonim

Monika Gulia-Nuss, Assistenzprofessorin am Institut für Biochemie und Molekularbiologie der Universität von Nevada, Reno, arbeitet in ihrem Labor an der Entwicklung transgener Zecken, die erste ihrer Art, um neue Targets für die Vektorkontrolle zu erforschen. Vektorkontrolle ist jede strategische Methode, die zur Begrenzung von Krankheitserregern wie Lyme-Borreliose eingesetzt wird.

Das Labor von Gulia-Nuss arbeitet speziell an der Hirschzecke und hat vom National Institute of Health ein Stipendium in Höhe von 407.000 Dollar erhalten, um das Studium fortzusetzen.

"Unser Fokus liegt darauf, diese Zecken im Labor so manipulieren zu können, dass wir die Funktionen verschiedener Gene verstehen können", sagte Gulia-Nuss. "Auf diese Weise können wir einen besseren Ansatz für die Suche nach neuen Impfstoffen, Medikamenten oder Insektiziden finden."

"Dieses besondere Projekt, das wir gerade vom National Institute of Health erhalten haben, ist die Entwicklung von Methoden zur Erzeugung transgener Zecken für funktionelle Studien", sagte Gulia-Nuss.

Transgen bedeutet in diesem Sinne das Löschen oder Überexprimieren eines Gens in einem Organismus - in diesem Fall der Zecke. Die Erzeugung transgener Zecken wird nicht nur dem Gulia-Nuss-Labor helfen, neue Bereiche für die Vektorkontrolle zu erforschen, sondern auch beim Verständnis von Genen, die an Zecken-Pathogen-Interaktionen beteiligt sind.

"Eines der größten Hindernisse in der Zeckenforschung ist, dass wir keine genetischen Werkzeuge haben, um die Funktionen ihrer Gene zu analysieren", sagte Gulia-Nuss.

Das Labor kennt die Funktionen bestimmter Gene in anderen Organismen, aber diese spezifischen Werkzeuge sind beim Zecken-Studium nicht ohne weiteres verfügbar, so dass Gulia-Nuss und ihr Team Werkzeuge entwickeln.

Ursprünglich ein Moskito-Biologe, zog Gulia-Nuss in Zeckenforschung mit wenig Erfahrung mit den blutsaugenden Spinnentieren. Zecken zu untersuchen hat sich früher für viele Labore und Forscher als schwierig erwiesen.

"Ich wusste nicht, dass der Tick-Lebenszyklus zwei Jahre ist", sagte Gulia-Nuss. "Das war eine Überraschung für mich, denn mit Moskitos war ich an 10 Tage des Lebenszyklus gewöhnt, und hier hatte ich diesen Organismus, der zwei Jahre braucht, was ein weiteres Hindernis in der Zeckenforschung darstellt."

Gulia-Nuss 'erster Schritt in ihrer transgenen Forschung war, den Lebenszyklus der Zecken, an denen sie arbeitete, zu verkürzen.

"Als ich 2016 mein Labor hier an der Universität aufbaute, war mein erstes Ziel, den Lebenszyklus auf eine überschaubare Zeit zu verkürzen", sagte sie. "Wir konnten es aus zwei Jahren auf fünf Monate reduzieren, was für uns ein großer Schritt war."

Das Labor konnte dies, indem es die Zecken in einen Inkubator stellte, der auf eine höhere Temperatur eingestellt war, wodurch ihr Stoffwechsel anstieg und sie sich schneller häuten konnten.

Der zweite Schritt für Gulia-Nuss war die Injektion von Zecken-Embryonen, etwas, das noch niemand zuvor getan hatte.

"Wir wussten nicht einmal, welche Manipulation wir benötigen, um Embryonen zu injizieren", sagte Gulia-Nuss.

Der Mitarbeiter von Gulia-Nuss und Robert Harrell, Co-Investigator für dieses Stipendium, ist Experte für transgene Insekten und leitet die Insect Transformation Facility an der University of Maryland. Gemeinsam nutzten sie ihre Expertise bei der Injektion von Moskito-Embryonen und übersetzten sie in die Zeckenforschung.

"Wir konnten Zeckenembryonen injizieren, so dass der verkürzte Lebenszyklus und unsere Fähigkeit, zu zeigen, dass wir Zeckenembryonen injizieren können, die beiden wichtigsten Schritte waren, die uns wirklich geholfen haben", sagte Gulia-Nuss.

Die Haupthypothese der Forschung des Labors besteht darin, die Insulin-Signalübertragung in Zecken zu unterbrechen, um die Parasitenentwicklung zu beeinflussen.

"Wenn wir die Insulinsignalisierung bei Zecken unterbrechen, beeinflusst das ihre Physiologie und ihr Verhalten und möglicherweise die Entwicklung des Pathogens, das sie tragen", sagte Gulia-Nuss.

Insulin Signaling ist extrem wichtig für den Nährstoff-Stoffwechsel, der wiederum wichtig für alle Organismen einschließlich Zecken ist.

"Nährstoffe sind wichtig für einen Parasiten, der sich in einem Organismus entwickelt, weil der Parasit all seine Nährstoffe vom Wirt benötigt", sagte Gulia-Nuss. "Um diese Nährstoffe zu bekommen, sollte die Insulinsignalisierung des Wirtes in perfekter Ordnung sein, aber wenn wir die Insulin-Signalübertragung im Wirt stören, könnte dies die Entwicklung der Parasiten beeinflussen."

Die Beeinflussung der Parasitenentwicklung wird dem Labor helfen, die Pathogeninteraktionen in Zecken besser zu verstehen, ebenso wie Vektorkontrollziele für Krankheiten wie Lyme-Borreliose.

Das Labor plant die Verwendung einer Technologie namens CRISPR-Cas9, die Gene in verschiedenen Organismen manipulieren kann, ohne dass sie ein Modellorganismus sein müssen. Mit dieser Technologie wird das Labor in der Lage sein, Gene in den Zecken auszuschalten und ihre Funktionen besser zu verstehen, wie zum Beispiel Insulin-Signale oder andere Ziele.

"Es ist einfacher als die Werkzeuge der vorherigen Generation", sagte Gulia-Nuss. "Es ist nicht einfach, aber definitiv einfacher."