모기, 진드기, 모래파리와 같은 혈액을 먹는 절지동물은 의학적으로 관련된 여러 병원균을 전염시키며, 그 중 다수는 연구가 부족하고 적절한 치료법이 부족합니다. 따라서 질병 전파를 예방하려면 절지동물을 표적으로 삼아야 하는 경우가 많습니다1. 예를 들어, 통합 벡터 관리(IVM)는 유전자 방제와 같은 보다 혁신적인 방법으로 살충제와 같은 전통적인 벡터 방제 방법의 효능을 높이는 것을 목표로 하는 포괄적인 프레임워크입니다2. 이 특별 컬렉션은 벡터 매개 질병을 연구하고 통제하기 위해 생성되는 다양한 형질전환 절지동물과 이러한 유전자 변형 유기체를 개발하는 데 필요한 기술 및 창의적 기술을 강조합니다.
절지동물-병원체-숙주 관계는 영향을 받는 모든 종의 유전학을 형성하기 위해 수년에 걸쳐 진화합니다 3,4,5. 모델 시스템은 일반적으로 생물학과 행동이 종에 따라 다르기 때문에 혈액을 먹는 절지동물을 연구하는 데 부적절합니다. 분자 곤충학자는 개별 종을 통제된 조건의 실험실에서 일상적으로 유지하고 연구할 수 있도록 혈액 공급과 번식을 허용하는 복잡한 환경을 재현해야 합니다. 혈식성 절지동물을 사육하려면 생물학적 전문 지식과 "숙련된 개인의 세심한 관심"이 모두 필요합니다6. 이러한 이유로 벡터 생물학이 유전자 혁신의 최전선에 있는 것은 놀라운 일이 아닙니다.
이번 특집호에서는 다양한 속에 걸쳐 형질전환 절지동물을 생성하는 방법을 다루고 있지만, 한 가지 중심 주제가 등장합니다: 이 과정에는 세부 사항에 대한 예리한 주의, 유기체의 생물학에 대한 예리한 이해, 창의적인 사고방식이 필요합니다. Louradour et al.7은 매우 작은 알을 낳는 리슈마니아 기생충(즉, 모래파리)의 매개체에 배아 미세 주입 기술을 적용하는 데 따른 어려움을 강조합니다. 갓 낳은 알은 커버슬립이 있는 현미경 슬라이드의 검은색 여과지 개별 조각으로 옮겨지고 미세 주입을 위해 조심스럽게 정렬됩니다. 습도 수준, 준비된 재료의 품질, 공정 수행 시 주의는 기술의 성공 여부를 결정하는 몇 가지 변수에 불과합니다. 경질 진드기 알 미세 주사는 배아의 두꺼운 외부 왁스 층, 단단한 융모막, 높은 타원압 등 뚜렷한 일련의 문제를 제시합니다8. Sharma et al. 왁스 층을 제거하고 융모막을 부드럽게 하며 알을 건조시켜 이러한 장애물을 극복하는 Ixodes scapularis의 절차를 설명합니다8. 여기에는 알을 낳는 암컷으로부터 Gené의 기관(왁스 샘)을 절제하고, 산란 후 24시간 이내에 알을 수집한 다음 미세 주입 8 전에 약 1시간 동안 1%(w/v) 염화나트륨 용액에 알을 넣는 것이포함됩니다.
유전자를 편집하거나 침묵시키는 기계를 번데기나 성충에게 주입하여 배아 미세 주사를 우회하는 것이 가능합니다. Benetta et al. 기생 보석 말벌 Nasonia vitripennis9에 수용체 매개 난소 화물 형질도입(ReMOT Control) 또는 분지형 양친매성 펩타이드 캡슐(BAPC)의 두 가지 난소 전달 방법과 두 가지 주사 전략(펨토젯 또는 흡인기 튜브)을 사용하여 이 기술을 설명합니다. 번데기를 일렬로 정렬하고 접착제로 현미경 슬라이드에 부착하여 주사 과정을 용이하게 하고 사망률을 줄였습니다9. 반면에 성인은 복부 주사 중에 사용자가 집게로 여성을 지탱할 수 있도록 얼음 위에서 마취되었습니다.
CRISPR/Cas9 매개 유전자 편집 외에도 이번 호에서는 부위 지향적 φC31 재조합효소 및 GAL4-UAS를 포함하여 절지동물에 사용되는 다른 유전 공학 기술을 다룹니다. Adolfi et al.에 의해 기술된 전자는 말라리아 벡터 Anopheles gambiae 및 Anopheles stephensi10에서 단일 통합 또는 재조합효소 매개 카세트 교환을 위한 attB 측면 형질전환 화물의 부위 지향적 통합을 달성합니다. 이 기술은 이전에 확립된 도킹 라인에 사이트 지향적 삽입을 허용하며, 이는 안정적인 유전적 라인10에 필요한 위치 효과 및 다운스트림 짝짓기 방식을 피함으로써 검증을 단순화합니다. 다른 기술인 이분자 GAL4-UAS 시스템은 Poulton et al. 심각한 적합성 비용을 희생하더라도 시공간적, 조직 특이적 방식으로 형질전환 카세트를 발현하는 형질전환 Anopheles gambiae를 생성하기 위해 사용됩니다11. 유연성 때문에 이 시스템을 통해 조사관은 표현형을 선별하고 다른 방법으로는 불가능할 수 있는 유전자 기능을 추론할 수 있습니다.
실제로, 형질전환 화물은 종종 절지동물에게 체력 비용을 부여합니다. 따라서 Williams et al. 형질전환 Aedes aegypti 모기의 적합성 비용을 측정하기 위한 간단한 프로토콜을 마련했습니다12. 여기에는 번식력, 날개 크기 및 모양, 생식력, 성비, 생존 가능성, 발달 시간, 수컷 기여도, 성인 수명 등이 포함되었습니다12. 이러한 적합성 측정은 연구 전반에 걸쳐 생성된 형질전환 모기의 건강을 비교하거나 수학적 모델에서 형질전환 모기의 고정 속도를 모델링하는 데 사용할 수 있습니다.
이 원고의 방법론적 세부 사항은 복제를 용이하게 하기 위해 시각적으로 설명되어 있습니다. 다양한 분자 및 곤충학적 기술이 제시됩니다: 형광 마커에 대한 모기 번데기의 성별 및 스크리닝11,12; 공여자 및 도우미 φC31 플라스미드 혼합물을 결합 및 정제하는 단계(10); 성체 보석 말벌을 복강 내 주입9; 미세주입을 위해 모래파리 알을 정렬하는7; 및 진드기 왁스 땀샘제거 8. 이 특집호에서 다루는 기술의 폭을 감안할 때 아마추어와 전문가 모두 유전자 변형 절지동물 생성의 토대를 엿볼 수 있습니다. 이러한 기술은 절지동물 생리학 및 벡터-병원체 상호 작용을 연구하기 위한 기초이며, 이는 벡터 매개 질병을 줄이는 새로운 전략을 개발하는 데 필수적입니다.