Amb més d'un milió d'espècies descrites, els insectes són un tresor de la biodiversitat i representen una poderosa eina de recerca. L'edició genètica d'aquest nombrós grup pot ser clau per respondre algunes preguntes fonamentals en biologia i també per implementar mesures de control de plagues en l'àmbit de l'agricultura i de la salut global.

Les tècniques actuals per a l'edició de gens d'insectes generalment requereixen la microinjecció de materials en embrions primerencs, cosa que limita molt la seva aplicació a moltes espècies. Per exemple, els estudis precedents no han aconseguit l’edició genètica de paneroles degut a la seva estratègia reproductiva única. A més, l'edició de gens d'insectes requereix sovint equips costosos, un disseny experimental particular per a cada espècie, i personal de laboratori altament qualificat.

Per superar aquestes limitacions, un equip internacional liderat per membres de la Universitat de Kyoto i format per investigadors d’aquesta universitat i de l'Institut de Biologia Evolutiva (IBE), un centre mixt del CSIC i la Universitat Pompeu Fabra (UPF), ha establert un mètode CRISPR-Cas9 simple i eficient per a l'edició de gens d'insectes injectant femelles adultes. La tècnica, anomenada CRISPR parental directe o DIPA-CRISPR, de l'anglès Direct Parental CRISPR, podria ser fàcilment implementada a qualsevol laboratori i aplicada directament a una gran diversitat d'insectes.

Un equip internacional amb participació de l'Institut de Biologia Evolutiva (IBE, CSIC-UPF) ha establert el mètode DIPA-CRISPR, una aproximació simple i eficient per a l'edició de gens d'insectes per injecció de femelles adultes.

L'equip va usar el DIPA-CRISPR per modificar amb èxit gens de la panerola alemanya (Blattella germanica). La tècnica es basa a injectar el complex Cas9-gRNA a l’abdomen de femelles adultes per tal d’introduir mutacions hereditàries als ous en desenvolupament. Aquesta nova aproximació permetrà als investigadors que utilitzen insectes com a model experimental alliberar-se de la dificultat tècnica d'injectar els ous.

Els resultats van demostrar que l'eficiència de l'edició de gens de Blattella germanica podria arribar al 22%, mentre que a l'escarabat petit de la farina (Tribolium castaneum) DIPA-CRISPR va aconseguir una eficiència de més del 50%. L'aplicació amb èxit de DIPA-CRISPR en dues espècies evolutivament distants demostra el seu potencial per a un ús molt ampli.

"La panerola alemanya, un model àmpliament utilitzat en investigació, encapsula els ous en una coberta rígida - l'ooteca - , la qual cosa fa pràcticament impossible injectar els ous, com es fa comunament amb els procediments CRISPR. El disseny que proposem consisteix a aplicar les tisores genètiques en femelles reproductores. Els components injectats penetren als oòcits en creixement i afectaran els embrions", explica Xavier Bellés, investigador de l'Institut de Biologia Evolutiva (IBE) al laboratori d'Evolució de la metamorfosi dels insectes i participant en l'estudi.

"El disseny que proposem consisteix a aplicar les tisores genètiques a femelles reproductores. Els components injectats penetren als oòcits en creixement i afectaran els embrions”, explica Xavier Bellés, investigador de l'IBE i col·laborador de l'estudi.

Els experiments van mostrar que el paràmetre més crític per a l'èxit és injectar els components del CRISPR quan la femella està en ple cicle reproductiu. "DIPA-CRISPR requereix un bon coneixement del desenvolupament dels ovaris. Això pot ser un desafiament en algunes espècies, ateses les diverses estratègies reproductives dels insectes", comenta Maria Dolors Piulachs, investigadora principal de l'IBE al laboratori de Reproducció d'insectes i participant de l'estudi.

Tot i aquestes limitacions, DIPA-CRISPR és accessible, molt pràctic i podria implementar-se fàcilment als laboratoris, estenent l'aplicació de l'edició de gens a una àmplia diversitat d'espècies d'insectes. La tècnica requereix un equip mínim per a la injecció en adults, i només dos components, la proteïna Cas9 i l'ARN guia sense modificar, fet que simplifica enormement els procediments per a l'edició de gens.

"Poder utilitzar el DIPA-CRISPR de manera habitual al laboratori ens permetrà un coneixement més profund de la funció d´alguns gens", apunta Maria Dolors Piulachs, investigadora de l´IBE i col·laboradora de l´estudi.

"Poder utilitzar el DIPA-CRISPR de manera habitual al laboratori ens permetrà un coneixement més profund de la funció d'alguns gens" apunta Piulachs, que anteriorment va liderar una campanya de mecenatge a la plataforma “Precipita” per desenvolupar aquesta tècnica, i que va contribuir a realitzar els primers passos d'aquest estudi.

El desenvolupament de DIPA-CRISPR obre la porta perquè en un futur es pugui editar el genoma d'altres artròpodes utilitzant un enfocament similar. Aquests inclouen plagues agrícoles i mèdiques com àcars i paparres, i importants recursos pesquers com gambetes i crancs.

Aquest treball ha estat finançat per JSPS KAKENHI, JSPS Open Partnership Joint Research Projects, el Ministeri d'Innovació i Competitivitat d'Espanya, el CSIC i l'Associació Nacional d'Empreses de Sanitat Ambiental (ANECPLA), entre d'altres.

Article referenciat: Yu Shirai Y., Piulachs M-D., Belles X., Daimon T., DIPA-CRISPR is a simple and accessible method for insect gene editing; Cell Reports Methods, 2022; DOI: https://doi.org/10.1016/j.crmeth.2022.100215