Először sikerült genetikailag módosítani egy tintahalat

Nincsen jövőnk tudomány nélkül, nincsen Qubit nélkületek. Támogasd a munkánkat!

A tintahalak az óceánok és tengerek legokosabb lakói közé tartoznak, hogy mást ne mondjunk, képességeiket nemrég maga Jane Goodall primatológus is méltatta. A festékszerű folyadékot kibocsátó fejlábúak, mint a polipok és a tintahalak a gerinctelenek közül a legnagyobb aggyal büszkélkedhetnek, és az idegrendszerük is igen összetett. Mindez azonban még nem ad magyarázatot arra, miért képesek olyan intellektuális teljesítményekre, mint a testük villámgyors álcázása vagy a különféle jelek használatával intézett egymás közötti kommunikáció.

A tudósok jó ideje csodálják ezeket a fejlett magatartásformákat, és próbálnak rájönni, mitől olyan okosak ezek a gerinctelen vízi teremtmények. Egy július végén megjelent tanulmány szerint megtörtént a tintahalak első sikeres genomszerkesztése, és ez közelebb vihet a válaszhoz. A fejlábúak genetikai manipulációja egészen mostanáig nehézségekbe ütközött, részben azért, mert a embrióikat kemény külső réteg óvja mindenfajta manipulációs kísérlettől. 

Tengerbiológusoknak a közelmúltban sikerült CRISPR technológiával létrehozni az első génmódosított tintahalat, ami nemcsak a biológiában számít mérföldkőnek, hanem az emberi egészség megőrzésében is áttörést jelentő lépés lehet. A fejlábúakon ugyanis – éppen agyuk nagy mérete miatt – olyan neurodegeneratív betegségeket szoktak tanulmányozni, mint az Alzheimer- vagy a Parkinson-kór.

A génszerkesztés abban segíthet, hogy a kutatók egyszerre tanulmányozhassák a tanuláshoz és emlékezethez kapcsolt géneket, valamint a fejlábúak speciális viselkedésformáit. A Current Biology folyóiratban július 30-án megjelent tanulmány egyik szerzője, Joshua Rosenthal, a massachusettsi Tengerbiológiai Laboratórium munkatársa szerint számítani is kell rá, hogy a közeljövőben ugrásszerűen növekszik ezeknek a génmódosított organizmusoknak a használata a neurobiológiai kutatásokban. 

Az áttörő génsebészkedés

Rosenthal és kollégái a CRISPR alkalmazásával egy pigmentációért felelős gént iktattak ki a módosított tintahalak genomjából, ezáltal áttetsző állatokat kaptak a szokásos vöröses foltokkal tarkítottak helyett. Rosenthal szerint a pigmentáció megcélzása logikus kezdetét jelentette kísérleteiknek, ha ugyanis a kültakaró színe eltűnik, lehet tudni, hogy működik a génmódosítás. A fejlábúak genomjának megismerése által pedig a kutatók jobban megérthetik, hogy az állatok egyes génjei pontosan mit szabályoznak.

Fotó: Gabriel Barathieu/Biosphoto via AFP

Kutatók korábban már létrehoztak genomszerkesztett egereket, majmokat és más laboratóriumi állatokat, hogy magatartásformák és betegségek sorát tanulmányozhassák rajtuk, fejlábúak génjeit azonban mindeddig nem sikerült manipulálni. Már csak azért sem, mert egészen a legutóbbi időkig nem állt rendelkezésre géntérkép a tintahalakról, így nem tudták, pontosan hol kell módosítani a DNS-üket – nemrég elkészült egy géntérkép, de még nem jelent meg hivatalos tudományos publikáció formájában. 

További nehézség volt kitalálni, hogyan lehetne létrehozni tintahalembriót laboratóriumi körülmények között, majd úgy manipulálni a génjeit, hogy ne sérüljön meg. A tanulmány egyik szerzője, Karen Crawford fejlődésbiológus a marylandi St. Mary’s College-ból kidolgozott egy módszert, amellyel sikerült párosítani egy nőstény tintahal petéit egy hím tintahal spermájával, és azokból a megfelelő körülmények között embriók kezdtek kifejlődni. 

Igen ám, de a tintahalembriókat körülvevő kemény burkon nem sikerült áthatolni a CRISPR rendszert tartalmazó folyadékkal, minduntalan beletört az injekciós tű. Crawford akkor egy mikroolló segítségével vágott lyukat a burokba, és így már be tudták juttatni az anyagot egy speciálisan erre tervezett kvarc tű segítségével. A biológusnak eközben arra is ügyelnie kellett, nehogy túl nagy lyukat vágjon a tűnek, mert egy nagyobb résen már maga az embrió is kifért volna. Valahogy úgy, ahogy ez az óriáspolip-szabadulóművész teszi:

A kutatók a kísérlethez a Doryteuthis pealeii nevű tintahalfaj példányait használták, amelyek minden tavasszal csapatosan vándorolnak a Cape Cod-közeli vizekhez. (Kutatók évtizedek óta rendszeresen kijárnak a környékre, hogy ezt a fajt tanulmányozzák. A Doryteuthis pealeiik tanulmányozása Nobel-díjat érdemlő eredményekhez is vezetett az idegi impulzusokat illetően 1963-ban.)

A hosszú uszonyú parti tintahal (így fordítjuk most hevenyészve a faj angol megnevezését) azonban nem él sokáig laboratóriumi körülmények között, mert túlságosan nagyra nő, ezért a jövőben a kutatók a tervek szerint akváriumi életre is alkalmas, kisebb tintahalfajokon fogják próbálgatni génszerkesztési technikáikat.

A génszerkesztés segítségével a tintahalak idegi aktivitását is tanulmányozni akarják, egy úgynevezett riporter gén beiktatásával, amely egy fluoreszcens fehérje előállításával képes jelezni, ha az idegrendszer elektromosan aktív. Rosenthal elmondása szerint a kifinomult viselkedésű tintahalaknak igen sok idegsejtjük van, a kutatóknak pedig az a céljuk, hogy ezek együttes működését figyeljék meg, és az így szerzett információkat társítsák az állat viselkedésével.

Ha ez sikerül, a tudósok az állatok hihetetlen álcázási képességeiért felelős agyi struktúrákat is azonosíthatják és tanulmányozhatják. A tintahalak kiváló látásukat és egy speciális bőrsejttípust, a kromatofórákat használják arra, hogy pillanatokon beül megváltoztassák a színűket, és ezzel elrejtőzzenek a ragadozók elől. 

Rosenthal szerint a fejlábúak semmilyen más organizmusra nem hasonlítanak. A tudósokat az állatok rugalmas karjain sorakozó tapadókorongok is foglalkoztatják, amelyek a környezet érzékelésére és mindenféle érzéki információ feldolgozásra is képesek, mintha a fejlábúak a karjaikkal „gondolkodnának”.

Etikai kérdések

Ezeknek az állatoknak a genetikai módosítása azonban – éppen fejlett intelligenciájuk miatt – etikai kérdéseket is bőven felvet. Míg Kanadában és Európában szigorúan szabályozzák a fejlábúakkal végzett kísérleteket, az Egyesült Államokban nem védi őket ilyesmi. A Woods Hole-i Tengerbiológiai Laboratórium saját elvrendszert dolgozott ki az efféle állatok kutatására.

Barbara King és Lori Marino kutatók tavaly az Animal Sentinence-ben megjelent cikkükben mutattak rá: „miközben a tudósok éppen a nagy, összetett és kifinomult agyuk miatt akarják a polipokat kutatni, egyáltalán nem törődnek azzal, hogy talán éppen emiatt kellene békén hagyni őket”. Az első sikeres tintahal-génmódosítás után tehát azon is el kell majd gondolkodniuk a kutatóknak, hogy meddig mehetnek el.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: