Une puissante approche d’édition de gènes stimule les rotifères dans le panthéon des animaux de laboratoire

Beaucoup de petits rotifères nageurs en font des sujets d’étude idéaux. Bien qu’à peine visibles à l’œil nu, ces animaux transparents et leurs entrailles sont facilement visibles au microscope. De plus, ils poussent facilement en culture de laboratoire, offrant aux scientifiques une perspective autrement difficile à obtenir de leur coin du règne animal.

Cependant, alors que les rotifères sont utilisés expérimentalement depuis plus d’un siècle par de nombreux groupes de recherche, les scientifiques n’ont jusqu’à présent pas la capacité de manipuler facilement la génétique des rotifères, ce qui limite strictement les expériences qu’ils peuvent mener avec ces animaux.

Un effort conjoint de Kristin Gribble et David Mark Welch du Laboratoire de biologie marine (MBL) a surmonté ce défi en concevant une méthode pour modifier précisément les génomes des rotifères à l’aide du système d’édition de gènes CRISPR-Cas9. Dans les expériences décrites dans PLOS Biologieleur équipe a modifié deux gènes et ajouté une séquence génétique pour produire des changements que les rotifères ont transmis de génération en génération.

« Notre méthode s’avère être un moyen très pratique de générer assez rapidement un grand nombre de rotifères génétiquement modifiés », a déclaré Mark Welch, scientifique principal au MBL et directeur du Josephine Bay Paul Center for Comparative Molecular Biology and Evolution.

Non seulement cette avancée profitera à son laboratoire et à Gribble, qui utilisent des rotifères pour étudier la biologie du vieillissement, les mécanismes de réparation de l’ADN et d’autres questions fondamentales, mais cela « ouvrira le champ pour permettre à davantage de personnes de travailler avec ces animaux », a déclaré Mark Welch. .

Développement d’un animal de laboratoire microscopique vivant dans l’eau

Certains êtres vivants – la bactérie E. coli, les mouches des fruits et les souris, par exemple, sont devenus des organismes modèles bien établis que les scientifiques utilisent régulièrement dans la recherche. Pris ensemble, cependant, ils ne représentent pas adéquatement toute la diversité de la vie.

L’équipe MBL vise à ajouter les rotifères à ce groupe d’organismes génétiquement traitables car, en tant que minuscules invertébrés étroitement liés aux ancêtres des animaux modernes, ils offrent une perspective importante sur l’évolution, le développement et d’autres aspects de la biologie.

Pour développer des rotifères en tant qu’organismes modèles, les chercheurs doivent avoir la capacité de modifier les génomes de ces animaux. En 2017, la directrice par intérim de la MBL, Melina Hale de l’Université de Chicago, a fourni à Gribble et Mark Welch un financement pour concevoir une méthode permettant de le faire en utilisant CRISPR-Cas9. L’objectif de cultiver une plus grande variété d’organismes modèles a ensuite été formalisé en tant qu’initiative de nouveaux organismes de recherche de MBL.

Désormais largement utilisé dans la recherche, CRISPR-Cas9 effectue des coupes précises dans l’ADN, que les chercheurs utilisent pour fermer ou modifier des gènes. Cependant, ils doivent d’abord introduire le système CRISPR dans les animaux.

Petites particules de la taille d’une fine sciure de bois flottant dans l’eau, les rotifères constituent des cibles particulièrement difficiles. Après de nombreuses tentatives infructueuses pour les maintenir immobiles, le premier auteur Haiyang Feng, alors chercheur postdoctoral au MBL, a conçu une solution : en les immergeant dans une solution à haute viscosité et en leur administrant un faible niveau d’anesthésique, il a suffisamment ralenti les animaux pour saisir les un à la fois avec une légère aspiration à travers une aiguille creuse.

Avec l’animal, toujours une femelle, en place, il a injecté le système d’édition de gènes dans la partie de son corps qui fournit des nutriments aux œufs. La progéniture qui a éclos de ces œufs a ensuite porté les mutations, qu’elle a transmise à sa progéniture.

De cette façon, l’équipe a inactivé vase, un gène crucial pour le développement des animaux, provoquant l’arrêt de la reproduction des rotifères après quelques générations. En désactivant un deuxième gène, mlh3, ils ont empêché les rotifères de produire une progéniture mâle. Et, enfin, en ajoutant une section de code génétique contenant des instructions « stop » dans mlh3ils ont obtenu le même effet.

De nouvelles possibilités pour la recherche sur les rotifères

Les deux chercheurs ont l’intention d’utiliser la méthode basée sur CRISPR pour modifier génétiquement les rotifères pour leurs propres recherches. Dans le cadre de son travail explorant comment l’âge des mères peut affecter les traits de leur progéniture, Gribble, scientifique associée au MBL, étudie le rôle des mitochondries, le composant producteur d’énergie des cellules. La nouvelle approche lui permettra de marquer ou de modifier les mitochondries. Mark Welch, quant à lui, prévoit de l’utiliser pour explorer les mécanismes moléculaires à l’origine de la capacité d’une espèce de rotifère à revivre après un dessèchement complet, y compris la façon dont elle répare les dommages causés à son ADN.

Des études comme celles-ci ne sont que le début. « Ce nouvel outil, ainsi que la facilité d’élever des rotifères en laboratoire, permettront de les utiliser pour répondre à de nombreuses questions auxquelles nous ne pensons même pas encore », déclare Gribble.