Genetycznie modyfikowany barciak większy jako alternatywa dla mysich modeli w badaniach nad AMR

Przełomowe osiągnięcie naukowe otwiera drogę nie tylko do szybszego testowania zjawiska oporności na środki przeciwdrobnoustrojowe, ale również do rozwiązania etycznych kontrowersji związanych z wykorzystywaniem gryzoni w badaniach laboratoryjnych.

Naukowcy z University of Exeter opracowali pierwsze na świecie genetycznie zmodyfikowane osobniki barciaka większego (Galleria mellonella). Osiągnięcie to może znacząco przyspieszyć badania nad opornością na środki przeciwdrobnoustrojowe (AMR, antimicrobial resistance) oraz ograniczyć wykorzystanie myszy i szczurów w modelach zakażeń.

W pracy opublikowanej w czasopiśmie Lab Animal przedstawiono opracowanie nowych narzędzi genetycznych dla Galleria mellonella. Ten niewielki owad jest coraz częściej uznawany za model eksperymentalny o wysokiej użyteczności, niskich kosztach utrzymania oraz istotnych walorach etycznych w porównaniu z modelami ssaczymi.

Dr James Pearce z University of Exeter podkreśla: „W obliczu narastającej oporności na antybiotyki, stanowiącej jedno z największych zagrożeń dla zdrowia człowieka, pilnie potrzebujemy szybszych, skalowalnych i etycznych metod testowania nowych strategii terapeutycznych. Zmodyfikowane barciaki oferują praktyczną alternatywę, która ogranicza wykorzystanie ssaków i przyspiesza generowanie wiedzy”.

Model bliższy fizjologii człowieka niż inne organizmy bezkręgowe

W odróżnieniu od większości bezkręgowych organizmów modelowych, barciak większy może być hodowany w temperaturze 37°C, czyli w temperaturze ciała człowieka. Co istotne, odpowiedź komórkowa larw na zakażenia bakteryjne i grzybicze wykazuje znaczne podobieństwo do reakcji obserwowanych u ssaków.

Dotychczas wykorzystanie tego modelu było ograniczone ze względu na brak zaawansowanych narzędzi genetycznych. Zespół z Exeter przezwyciężył tę barierę, adaptując technologie pierwotnie opracowane dla Drosophila melanogaster. Po raz pierwszy udało się stworzyć linie transgeniczne z ekspresją białek fluorescencyjnych oraz linie z edycją genów z wykorzystaniem systemu CRISPR/Cas9.

Profesor James Wakefield z University of Exeter wyjaśnia: „Wprowadzając nowe geny do genomu barciaka, możemy uzyskać larwy emitujące kontrolowany sygnał fluorescencyjny. Otwiera to drogę do opracowania tzw. ‘ćm sensorowych’, które będą świecić w odpowiedzi na zakażenie lub działanie antybiotyków, zapewniając wgląd w przebieg choroby w czasie rzeczywistym”.

Ćmy sensorowe jako narzędzie w badaniach przedklinicznych

Nowe linie transgeniczne mogą zasadniczo zmienić wczesne etapy badań nad zakażeniami. Umożliwiają szybki przesiew związków przeciwdrobnoustrojowych oraz analizę odpowiedzi immunologicznej w obrębie całego organizmu, bez konieczności stosowania modeli gryzoni.

Larwy Galleria mellonella reagują na patogeny istotne klinicznie, takie jak Staphylococcus aureus czy Candida albicans, co czyni je realistycznym, a jednocześnie etycznie akceptowalnym ogniwem pośrednim pomiędzy hodowlą komórkową a badaniami na ssakach.

Dr Pearce podkreśla, że opracowane metody po raz pierwszy czynią barciaka organizmem w pełni podatnym na manipulacje genetyczne. Możliwość insercji, delecji i modyfikacji genów otwiera szerokie perspektywy – od pogłębionych badań nad odpornością wrodzoną po rozwój biosensorów infekcji działających w czasie rzeczywistym.

Potencjalny wpływ na ograniczenie wykorzystania zwierząt laboratoryjnych

Skala potencjalnych korzyści etycznych jest znacząca. W Wielkiej Brytanii rocznie wykorzystuje się około 100 000 myszy w badaniach nad biologią zakażeń. Zastąpienie jedynie 10% tych doświadczeń modelem barciaka pozwoliłoby ograniczyć liczbę wykorzystywanych gryzoni o ponad 10 000 rocznie, przy zachowaniu wysokiej jakości danych istotnych dla medycyny człowieka.

Badania te stanowią efekt ponad pięciu lat finansowania przez National Centre for the Replacement, Refinement and Reduction of Animals in Research (NC3Rs), przy współpracy z Defence Science and Technology Laboratory oraz z wykorzystaniem zaawansowanej infrastruktury obrazowania i genomiki University of Exeter.

Zespół badawczy udostępnił wszystkie opracowane metody w formule otwartej poprzez Galleria mellonella Research Centre, którego jest współdyrektorem. Centrum wspiera obecnie ponad 20 zespołów badawczych na całym świecie, zapewniając szkolenia, dostęp do linii owadów oraz zasoby danych, co sprzyja standaryzacji i globalnej implementacji tego modelu eksperymentalnego.

Artykuł pt. „PiggyBac mediated transgenesis and CRISPR/Cas9 knockout in the greater waxmoth, Galleria mellonella” opublikowano w Lab Animal.

Źródło: Lab Animal, PiggyBac mediated transgenesis and CRISPR/Cas9 knockout in the greater waxmoth, Galleria mellonella
DOI: http://dx.doi.org/10.1038/s41684-025-01665-7