تنقل المفصليات التي تتغذى على الدم مثل البعوض والقراد وذباب الرمل العديد من مسببات الأمراض ذات الصلة طبيا ، والعديد منها غير مدروسة ويفتقر إلى العلاجات الكافية. لذلك ، غالبا ما يتطلب منع انتقال المرض استهداف المفصليات1. فعلى سبيل المثال، الإدارة المتكاملة للنواقل هي إطار شامل يهدف إلى زيادة فعالية الأساليب التقليدية لمكافحة النواقل، مثل المبيدات الحشرية، من خلال زيادتها بطرق أكثر ابتكارا مثل المكافحة الجينية2. تسلط هذه المجموعة الخاصة الضوء على مجموعة متنوعة من المفصليات المعدلة وراثيا التي يتم إنشاؤها لدراسة الأمراض المنقولة بالنواقل ومكافحتها ، والمهارات التقنية والإبداعية اللازمة لتطوير مثل هذه الكائنات المعدلة وراثيا.
تتطور العلاقات بين المفصليات والعامل الممرض والمضيف على مدى سنوات عديدة لتشكيل علم الوراثة لجميع الأنواع المصابة3،4،5. عادة ما تكون أنظمة النماذج غير كافية لدراسة المفصليات التي تتغذى على الدم لأن بيولوجيتها وسلوكياتها خاصة بالأنواع. يجب على علماء الحشرات الجزيئية إعادة إنشاء البيئات المعقدة التي تسمح بتغذية الدم وتكاثره حتى يمكن الحفاظ على الأنواع الفردية ودراستها بشكل روتيني في المختبر في ظل ظروف خاضعة للرقابة. تتطلب تربية المفصليات الدموية الخبرة البيولوجية و "الاهتمام الدقيق للأفراد المهرة"6. لهذا السبب ، فلا عجب أن بيولوجيا النواقل في طليعة الابتكار الجيني.
على الرغم من أن هذا العدد الخاص يغطي توليد المفصليات المعدلة وراثيا عبر أجناس متنوعة ، إلا أن موضوعا مركزيا واحدا يظهر: تتطلب العملية اهتماما شديدا بالتفاصيل ، وفهما حادا لبيولوجيا الكائن الحي ، وعقلية مبتكرة. يسلط Louradour et al.7 الضوء على تحديات تكييف تقنيات الحقن المجهري الجنيني مع نواقل طفيليات الليشمانيا - أي ذباب الرمل - التي تضع بيضا صغيرا جدا. يتم نقل البيض الطازج إلى قطع فردية من ورق الترشيح الأسود على شريحة مجهرية مع غطاء ويتم تصطفه بعناية للحقن المجهري. مستويات الرطوبة وجودة المواد المحضرة والعناية التي يتم بها تنفيذ العملية ليست سوى عدد قليل من المتغيرات التي تحدد ما إذا كانت التقنية تنجح أم لا. يقدم الحقن المجهري لبيض القراد الصلب مجموعة مميزة من التحديات - طبقة شمعية خارجية سميكة على الأجنة ، وشوريون صلب ، وضغط مرتفع داخل البيضاوي8. شارما وآخرون وصف الإجراءات في Ixodes scapularis التي تتغلب على هذه العقبات عن طريق إزالة طبقة الشمع ، وتليين المشيمية ، وتجفيف البيض8. وتشمل هذه إزالة عضو الجيني (غدة الشمع) من الإناث التي تضع البيض ، وجمع البيض في غضون 24 ساعة من وضع البيض ، ثم وضع البيض في محلول كلوريد الصوديوم بنسبة 1٪ (وزن / حجم) لمدة ساعة تقريبا قبل الحقنالدقيق 8.
من الممكن التحايل على الحقن المجهري الجنيني عن طريق حقن خادرة أو البالغين بالآلية التي تعدل الجينات أو تسكتها. Benetta et al. يصف هذه التقنية باستخدام طريقتين لتوصيل المبيض - نقل المبيض بوساطة المستقبلات للبضائع (ReMOT Control) أو كبسولات الببتيد البرمائية المتفرعة (BAPC) - بالإضافة إلى استراتيجيتين للحقن (إما Femtojet أو أنبوب شفاط) في الجوهرة الطفيلية دبور Nasonia vitripennis9. تم اصطفاف الشرانق وربطها بشريحة مجهرية بالغراء لتسهيل عملية الحقن وتقليل معدل الوفيات9. من ناحية أخرى ، تم تخدير البالغين على الجليد حتى يتمكن المستخدم من دعم الأنثى بالملقط أثناء حقن البطن.
بالإضافة إلى تحرير الجينات بوساطة CRISPR / Cas9 ، يغطي هذا العدد تقنيات الهندسة الوراثية الأخرى المستخدمة في المفصليات ، بما في ذلك إعادة تركيب φC31 الموجه للموقع و GAL4-UAS. الأول ، الذي وصفه Adolfi et al. ، يحقق التكامل الموجه للموقع للشحنات المعدلة وراثيا المحاطة ب attB للتكامل الفردي أو تبادل الكاسيت بوساطة إعادة التركيب في نواقل الملاريا Anopheles gambiae و Anopheles stephensi10. تسمح هذه التقنية بالإدخال الموجه للموقع في خطوط الإرساء التي تم إنشاؤها مسبقا ، مما يبسط التحقق من الصحة عن طريق تجنب التأثيرات الموضعية ومخططات التزاوج النهائية اللازمة لخط وراثيمستقر 10. التقنية الأخرى ، نظام GAL4-UAS ثنائي الأجزاء ، يستخدم من قبل بولتون وآخرون لتوليد Anopheles gambiae المعدلة وراثيا التي تعبر عن أشرطة الجينات المعدلة وراثيا بطريقة مكانية زمانية خاصة بالأنسجة ، حتى على حساب تكاليف اللياقة البدنية الشديدة11. نظرا لمرونته ، يتيح هذا النظام للمحققين فحص الأنماط الظاهرية واستنتاج وظائف الجينات التي قد تكون مستحيلة بخلاف ذلك.
في الواقع ، غالبا ما تمنح البضائع المعدلة وراثيا تكاليف اللياقة البدنية لمفصليات الأرجل. لذلك ، وضع ويليامز وآخرون بروتوكولات بسيطة لقياس تكاليف اللياقة البدنية في البعوض الزاعجة المصرية المعدلة وراثيا12. وشملت هذه الخصوبة ، وحجم الجناح وشكله ، والخصوبة ، ونسبة الجنس ، والقابلية للحياة ، وأوقات التطور ، ومساهمة الذكور ، وطول عمر البالغين12. يمكن استخدام قياسات اللياقة البدنية هذه لمقارنة صحة البعوض المعدل وراثيا المتولد عبر الدراسات أو لنمذجة معدل تثبيت الجينات المعدلة وراثيا في النماذج الرياضية.
يتم توضيح التفاصيل المنهجية في هذه المخطوطات بصريا لتسهيل التكاثر. يتم تقديم مجموعة متنوعة من التقنيات الجزيئية والحشرات: تحديد جنسية وفحص شرانق البعوض بحثا عن علامات الفلورسنت11،12. الجمع بين وتنقية المتبرع والمساعد φC31 يمزج البلازميد10 ؛ حقن الدبابير جوهرة البالغين داخل البطن9 ؛ اصطفاف بيض ذبابة الرمل للحقن المجهري7 ؛ وإزالة غدد شمع القراد8. نظرا لاتساع نطاق التقنيات التي يغطيها هذا العدد الخاص ، فإن كل من الهواة والخبراء مدعوون لإلقاء نظرة على أسس توليد المفصليات المعدلة وراثيا. هذه التقنيات هي الأساس لدراسة فسيولوجيا المفصليات والتفاعلات بين النواقل ومسببات الأمراض ، وهي ضرورية لتطوير استراتيجيات جديدة تقلل من الأمراض المنقولة بالنواقل.