Williama von Herffa

WOODS HOLE, Massachusetts — Zespołowi z Marine Biological Laboratory (MBL) udało się opracować odmianę albinosa kałamarnicy bobtail, Euprymna berryi. Ta zaliczka, opisana w numerze z 20 czerwca Aktualny Biologtak, stworzyli niemal przezroczysty organizm, który po raz pierwszy oferuje naukowcom wyraźny dostęp optyczny do wizualizacji układu nerwowego żywego głowonoga.

Jest to również pierwszy raz, gdy genetycznie zmodyfikowany głowonog został wyhodowany przez wiele pokoleń, co ujawnia E. berryijest wielką obietnicą jako organizm modelowy głowonoga do badań neurobiologicznych i innych.

„W przeciwieństwie do innych bezkręgowców istnieje wiele niezwykle interesujących biologii otaczających głowonogi” – powiedział starszy naukowiec MBL, Joshua Rosenthal, który współkierował badaniem z MBL Hibbitt Fellow Caroline Albertin. „Mamy teraz model głowonoga, na którym możemy badać funkcje biologiczne w znacznie wyższej rozdzielczości niż wcześniej”.

Układ nerwowy i zachowanie Coleoid głowonogów (kałamarnic, ośmiornic i mątw) są znacznie bardziej złożone niż większości bezkręgowców. Po pierwsze, mogą uczyć się i zapamiętywać skomplikowane zadania: głowonogi rozwiązują labirynty, używają narzędzi, a nawet uczą się, obserwując innych. Mogą natychmiast się kamuflować, manipulować otoczeniem za pomocą rąk i macek, a według ostatnich badań MBL aklimatyzować się w chłodniejszym środowisku, edytując w ogromnym stopniu własne RNA.

Tym, czego brakowało w badaniach nad głowonogami, jest organizm modelowy nadający się do badań genetycznych. Podczas gdy dziesięciolecia badań nad muszkami owocowymi i myszami odkryły genetyczne podstawy rozwoju, zachowania i ewolucji tych zwierząt, brak narzędzi do badania biologii głowonogów oznacza, że ​​nasze zrozumienie tych fascynujących stworzeń jest ograniczone. To nowe badanie przedstawia Euprymna berryi jako realnego kandydata na modelowego głowonoga: oprócz tego, że jest łatwy do rozmnażania przez pokolenia w laboratorium, może być modyfikowany genetycznie.

„Możliwość bezpośredniego i precyzyjnego testowania funkcji genów w modelowym głowonogu jest ekscytująca, ponieważ umożliwia badanie cech, które czynią głowonogi wyjątkowymi – i będzie to ważne narzędzie do zrozumienia wielu różnych aspektów ich wyjątkowej biologii” – powiedział współautor badania. -autor Albertin.

Zespół ustalił linię albinosów E. berryi poprzez dezaktywację genów dla dwóch enzymów pigmentacyjnych przy użyciu edycji genomu CRISPR-Cas9. Następnie współautorzy Cris Niell z University of Oregon, Eugene i Ivan Soltesz z Uniwersytetu Stanford zbadali aktywność mózgu kałamarnicy albinosów, wprowadzając barwnik fluorescencyjny do płata wzrokowego. Ten barwnik świeci za każdym razem, gdy wykryje wapń, który mózg uwalnia podczas wypalania. Następnie wyświetlili serię obrazów na ekranie przed kałamarnicą, powodując aktywację płatka optycznego i zapalenie barwnika, a wszystko to zostało uchwycone za pomocą mikroskopu obrazującego. Kiedy zespół wypróbował tę samą technikę z dziką kałamarnicą, jej pigmentacja skóry uniemożliwiła im wyraźne zobaczenie barwnika.

To odkrycie „pozwala nam spojrzeć na funkcje genów i mózgi głowonogów w sposób, w jaki nie mogliśmy wcześniej” – powiedział Rosenthal. Jeśli inni naukowcy chcą zrozumieć, w jaki sposób sygnały są przekazywane przez mózgi głowonogów, mogą teraz hodować kalmary albinosy i przeprowadzać podobne eksperymenty z barwnikiem aktywowanym wapniem. Lub, jeśli naukowiec chce zmodyfikować genetycznie te kałamarnice, aby zbadać inne aspekty ich biologii, badania zespołu pokazują, że takie eksperymenty są możliwe.

W tym badaniu zespół Rosenthala i Albertina odkrył nowy aspekt E. berryibiologia. Kiedy zespół dezaktywował pierwszy gen pigmentacji, zwany TDO, spodziewali się wyprodukować kałamarnicę albinos, tak jak zrobili to z innym gatunkiem kałamarnicy (Doryteuthis) w badaniu z 2020 r. Wynikowy E. berryi potomstwo było jednak nadal pigmentowane. Zespół szybko zdał sobie sprawę, że pigment jest również generowany przez drugi enzym o nazwie IDO, białko nieznane wcześniej u głowonogów. Dlaczego E. berryi ma dwa enzymy, które wydają się pełnić tę samą funkcję, pozostaje nieznany.

Rosenthal, Albertin i współpracownicy mają nadzieję, że inni naukowcy zdecydują się poszerzyć naszą wiedzę E. berryi i użyj ich, aby odkryć niektóre z tajemnic biologii głowonogów.

„Chcemy, aby te zwierzęta były udostępniane społeczności naukowej” – powiedział Rosenthal. „Głowonogi zawierają skarbnice biologicznej nowości. Chcemy, aby ludzie używali ich do zadawania prowokujących do myślenia pytań i dochodzenia do nowatorskich odkryć”.

Oprócz Rosenthala i Albertina w skład zespołu weszli pierwszy autor Namrata Ahuja z Marine Biological Laboratory; Ruhina Rafiq, Sal Nemes, Taylor Sakmar, Miranda A Vogt, Bret Grasse, Juan Diaz Quiroz, Ryan Wesley Null, Danielle Nicole Dallis i Lisa Abbo z Marine Biological Laboratory; oraz współpracownicy z Uniwersytetu Stanforda, University of Oregon-Eugene, Columbia University, Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University, University College London i University of California-Berkeley.

—###—

Laboratorium Biologii Morskiej (MBL) zajmuje się odkryciami naukowymi – badaniem biologii podstawowej, zrozumieniem różnorodności biologicznej mórz i środowiska oraz informowaniem o kondycji człowieka poprzez badania i edukację. Założona w Woods Hole w stanie Massachusetts w 1888 roku, MBL jest prywatną instytucją non-profit i stowarzyszoną z Uniwersytet Chicagowski.