Ученые создали первых генетически модифицированных макак. И они светятся!

Японские исследователи использовали невирусную систему piggyBac для генетической модификации яванских макак. Это позволило создать более точные модели заболеваний и усовершенствовать генную инженерию приматов. Традиционно она опиралась на вирусные методы доставки генов, что накладывало ограничения. Успешное введение трансгена знаменует собой значительный прогресс в генной инженерии приматов.

Хотя модели небольших животных, таких как мыши, широко используются в исследованиях, они часто не могут точно имитировать сложность человеческих заболеваний, особенно в таких областях, как инфекционные заболевания и нейропсихиатрические расстройства.

В результате нечеловеческие приматы стали критически важными моделями для биомедицинских исследований. Однако генетическая модификация этих приматов оказалась сложной.

Например, методы на основе вирусов требуют высокоуровневых объектов биологической безопасности и имеют ограниченную способность вирусных векторов переносить большие гены. Более того, эти методы не обладают точностью, необходимой для выбора генетически модифицированных эмбрионов перед имплантацией, что еще больше усложняет процесс.

Чтобы преодолеть эти проблемы, исследовательская группа искала альтернативу использованию вирусов для переноса трансгенов, вместо этого выбрав невирусную систему транспозонов piggyBac. Транспозоны, представляющие собой последовательности ДНК, которые могут менять положение в геноме, являются ценными инструментами для переноса генов в генной инженерии, поскольку они могут стабильно интегрировать генетический материал в ДНК хозяина.

Система транспозонов piggyBac предлагает несколько преимуществ по сравнению с традиционными подходами на основе вирусов, включая большую гибкость с точки зрения размера трансгенов, которые могут переноситься, и возможность подтверждения успешных модификаций на ранней стадии эмбриона.

Это позволяет проводить более эффективный скрининг эмбрионов перед имплантацией, увеличивая вероятность получения генетически модифицированных животных, несущих желаемые признаки.

Используя этот подход, команда успешно создала трансгенных яванских макак, что стало крупным достижением в генной инженерии. У полученных яванских макак наблюдалась широкая экспрессия флуоресцентных репортерных генов (то есть производство флуоресцентных репортерных белков на основе генетической информации). Красный флуоресцентный белок был локализован в клеточных мембранах, а зеленый — в клеточных ядрах.

Экспрессия была подтверждена во всех исследованных тканях, включая зародышевые клетки, что свидетельствует о том, что трансген был стабильно введен. Эти результаты свидетельствуют о том, что система транспозонов piggyBac имеет значительный потенциал для создания генетически модифицированных приматов, которые могут быть использованы для изучения человеческих болезней способами, которые традиционные модели грызунов не могут воспроизвести.

В то время как схема интеграции трансгена была единообразной в разных тканях, уровни экспрессии различались. Эта изменчивость подчеркивает необходимость в будущих приложениях тщательного выбора промоторов — регуляторных областей ДНК, которые включают и выключают определенные гены — на основе целевой ткани.

Например, такие гены, как OCT3/4 и DDX4, играют важную роль в дифференциации линий зародышевых клеток, в то время как SYN1 и THY1 участвуют в дифференциации линий нейронов. Выбирая подходящие промоторы для определенных тканей, исследователи могут точно настраивать экспрессию генов для достижения желаемых эффектов, что является важным шагом в продвижении генетических моделей для исследования заболеваний.

«Наше исследование представляет собой важную веху в области генной инженерии, — объясняет доктор Томоюки Цукияма, который руководил этим проектом. — Наш метод обеспечивает практичный и эффективный способ введения трансгенов в нечеловеческих приматов, что, как мы надеемся, откроет новые возможности для понимания сложных заболеваний человека».

Заглядывая вперед, команда планирует расширить применение этой системы, включив в нее мультиплексную экспрессию генов и точный контроль трансгенов, тем самым позволяя создавать более сложные генетические модели. Кроме того, исследователи изучают потенциал интеграции эпигенетических данных о том, как гены включаются и выключаются, в их работу, чтобы лучше понять, как регулируется экспрессия генов на молекулярном уровне.

Совершенствуя эти методы, исследователи стремятся изучить механизмы заболеваний, которые остаются недоступными в моделях на грызунах, и в конечном итоге улучшить наше понимание сложных состояний здоровья у людей.

Ранее ученые попытались количественно оценить влияние окружающей среды и образа жизни на ее продолжительность в сравнении с генетическими факторами. Результаты исследования продемонстрировали, что факторы, относящиеся к окружающей среде и стилю жизни, имеют значительно большее значение в определении продолжительности жизни, чем генетические предрасположенности.