Erstmals Genschere bei Spinnen eingesetzt

Forscher am Lehrstuhl für Biomaterialien der Universität Bayreuth haben erstmals erfolgreich die ​„Genschere“ CRISPR-Cas9 bei Spinnen eingesetzt. Die Spinnen produzierten nach der Gen-Editierung rot fluoreszierende Spinnenseide. Über ihre Ergebnisse berichten die Forscher im Fachjournal Angewandte Chemie.

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Spinnenseide ist eine der interessantesten Fasern im Bereich der Materialwissenschaften: Insbesondere ihr Abseilfaden ist enorm reißfest, dabei jedoch elastisch, leicht und biologisch abbaubar. Wenn es gelingt, die Produktion der Spinnenseide in vivo – im lebenden Tier – zu beeinflussen und damit Einblicke in den Bauplan des Abseilfadens der Spinne zu erlangen, können darauf aufbauend neue Faserfunktionalitäten für ein breites Spektrum an Anwendungen entwickelt werden.

In den letzten zehn Jahren hat die Genschere CRISPR-Cas9 das Fachgebiet der Biologie revolutioniert. Mit diesem molekularen Werkzeug können Forschende gezielt bestimmte Stellen in der DNA aufspüren und durchtrennen. Danach kann der natürliche Reparaturmechanismus der Zelle genutzt werden, um ein Gen entweder auszuschalten (Knock-out) oder ein neues Gen einzubauen (Knock-in). Aufgrund seiner Effizienz wurde CRISPR-Cas9 bereits in einer Vielzahl von Studien in der Entwicklungs- und Evolutionsbiologie, jedoch auch in den Materialwissenschaften, der Schädlingsbekämpfung und der Landwirtschaft eingesetzt. ​„In Anbetracht der breiten Anwendungsmöglichkeiten ist es überraschend, dass es bislang noch keine Studien zu Gen-Editierung mit CRISPR-Cas9 in Zusammenhang mit Spinnen gibt“, sagt Prof. Dr. Thomas Scheibel, Inhaber des Lehrstuhls für Biomaterialien an der Universität Bayreuth und Letztautor der Studie.

Für ihren neuartigen Ansatz haben Prof. Scheibel und sein Doktorand Edgardo Santiago-Rivera eine Injektionslösung eingesetzt, die neben den Komponenten der Genschere eine Gensequenz für ein rot fluoreszierendes Protein enthält. Diese Kombination wurde in die Eizellen unbefruchteter weiblicher Webspinnen injiziert und die Spinnen anschließend mit artgleichen Männchen verpaart. Im Ergebnis zeigten die Nachkommen der geneditierten Spinnen rote Fluoreszenz in ihrem Abseilfaden auf und damit den erfolgreichen Knock-in der Gensequenz in ein Spinnenseidenprotein.

„Wir haben weltweit erstmals gezeigt, dass CRISPR-Cas9 eingesetzt werden kann, um eine gewünschte Sequenz in Spinnenseidenproteine einzubauen, was die Funktionalisierung der entsprechenden Seidenfasern ermöglicht. Die Möglichkeit, die CRISPR-Gen-Editierung in Spinnenseide einzusetzen, ist für die Forschung im Bereich der Materialwissenschaften vielversprechend: Man könnte beispielsweise deren schon sehr hohe Reißfestigkeit noch weiter erhöhen“, sagt Scheibel. Das hier manipulierte Protein der Spinnenseide des Abseilfadens diene damit als erstes Modell für die Entwicklung von Seidenfasern mit neuen Eigenschaften, was dabei helfe, ihre Funktionalisierung für künftige Anwendungen zu ermöglichen.

Die Studie wurde vom Office of Naval Research Global and Air Force office for scientific research (N62909-20 – 1‑2068) gefördert.

Die Orginalpublikation finden Sie hier.