生物学家首次成功孵化基因编辑蜱虫

蜱虫是北美大多数媒介传播疾病的主要病原体。然而，研究和基因改造这些节肢动物的分子工具落后于其他昆虫媒介，例如蚊子。新研究发表在《iScience》杂志上 首次对黑腿蜱（俗称鹿蜱）的 DNA 进行改造，并成功从其卵中孵化出突变的幼虫。研究人员瞄准了有助于该动物口器和盔甲发育的基因。

“我们的灵感来自于填补蜱虫研究方面的空白，”研究作者、内华达大学里诺分校的媒介生物学家莫妮卡·古利亚-努斯 (Monika Gulia-Nuss) 说道。“我们想看看我们能否开发出与研究蚊子类似的工具，并在更深层次、更分子层面上了解蜱虫的生物学。”

CRISPR/Cas9 是一种新兴的基因编辑工具，可广泛应用于生物体，永久改变其后代的遗传特征。但一系列技术挑战阻碍了它在蜱虫中的应用。内华达大学里诺分校的节肢动物生物学家 Andrew Nuss 表示，虽然“蜱虫非常顽强”，但它们的卵既脆弱又坚韧。蜱虫在秋季产卵，第二年春天孵化，卵壳上覆盖着一层厚厚的蜡，以防止它们在长期休眠期间变干。每个卵也被坚硬的外壳包裹着。卵内的渗透压异常高——高于其他昆虫的卵——这使得卵囊在受到刺激时容易像水球一样爆裂。除了这些挑战之外，寄生虫的生命周期长，胚胎阶段相对神秘，这使得它们成为 CRISPR 的棘手对象。

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努斯说：“过去许多其他研究人员进行的实验都失败了。”在完成该项目的五年时间里，“我们尝试了所有以前没有尝试过的方法，”他补充道。

在对鹿蜱后代进行基因改造之前，研究人员必须找到其他方法将 CRISPR/Cas9 试剂注入卵中。首先，他们移除了雌蜱中负责产生蜡质外层的器官，导致未来的雌蜱产下无防御能力的卵。然后，该团队尝试了两种策略来注入改变基因的生化物质：将它们注射到怀孕的雌蜱中和注射到刚产下的胚胎中。在第一种方法中，注入蜱母体的 Cas9 蛋白混合物会调整其幼虫的 DNA。在第二种技术中，研究人员用盐处理产下的卵以降低内部压力并软化外壳。这使它们能够刺穿无蜡的外壳而不会使其破裂。Gulia-Russ 估计，他们的团队在实验中用比人类头发细一百倍的针头注射了数千个蜱卵。

为了验证这一概念，研究人员删除了下一代蜱虫中控制口器和坚硬外角质层发育的两个标准基因。研究小组对幸存幼虫的基因进行了测序，发现基因转化的成功率与之前报道的 CRISPR 研究中的其他昆虫相当。所有蜱虫在注射后都存活了下来，实验中约有 10% 的注射卵孵化并长成幼虫。

比利时弗兰德斯农业、渔业和食品研究所的昆虫学家 Wannes Dermauw 未参与这项研究，但他称这项研究是“一项突破”。他说，转化蜱虫基因的能力将为“研究与莱姆病等疾病传播有关或对其至关重要的基因功能”铺平道路。

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Gulia-Nuss 和 Nuss 表示，他们很高兴看到新工具为研究蜱虫的分子生物学开辟了新的机会。未来，他们希望提高受试者基因转化的成功率，同时研究哪些基因使蜱虫成为令人讨厌的寄生虫，以及这些节肢动物是否可以通过编辑成为传染性较低的疾病媒介。有了这些新的分子工具，他们希望该领域的研究人员也能最终解开蜱虫的基因秘密。

“这是该领域长期以来真正需要的东西，”努斯说。“人们对蜱虫的了解还远远不够。”

更正（2022 年 2 月 16 日）：研究作者 Monika Gulia-Nuss 的姓氏之前拼写错误。现已更正。