Les tècniques d’edició genètica basades en CRISPR/Cas9 han revolucionat la recerca biotecnològica durant l’última dècada, ja que permeten “retallar i enganxar” gens amb gran precisió en una àmplia varietat d’organismes. Tanmateix, la seva aplicació en insectes no model, com B. germanica, presentava fins ara importants limitacions tècniques.

Ara, un equip de l’Institut de Biologia Evolutiva (IBE), un centre mixt del Consell Superior d’Investigacions Científiques (CSIC) i la Universitat Pompeu Fabra (UPF), ha inserit per primera vegada un gen estable i heretable en embrions de B. germanica mitjançant una nova eina molecular basada en DIPA-CRISPR. L’avenç podria il·luminar els processos biològics, genètics i evolutius d’aquests insectes, d’alta rellevància tant en l’estudi de l’evolució com en el control de plagues.

Una nova eina molecular que facilita la recerca en insectes no model

La manipulació genètica d’embrions ha estat clau per a l’estudi del desenvolupament de moltes espècies, però alguns insectes ponen ous que no es poden manipular fàcilment a causa de la seva cobertura dura, fràgil o difícilment accessible. Per superar aquests obstacles, el 2022 l’equip de l’IBE (CSIC-UPF) va participar en el desenvolupament de DIPA-CRISPR, la primera tècnica d’edició genètica capaç d’inactivar gens (Knock-out, en anglès) en embrions de panerola mitjançant la injecció de tisores genètiques (CRISPR) a l’abdomen de la mare, fent aquests canvis heretables.

La proteïna expressada pel gen distal-less (dll) s’acumula als apèndixs i al sistema nerviós durant el desenvolupament embrionari.
El senyal vermell de mCherry revela la localització de la proteïna Dll als apèndixs en desenvolupament i al sistema nerviós embrionari. Els nuclis, tenyits amb DAPI (blau), permeten visualitzar l’organització dels teixits. Les imatges mostren que la proteïna de fusió és funcional, i la seva localització durant el desenvolupament de les paneroles. Crèdit a Alfonso Ferrández Roldán / Cell Reports Methods.

Aquesta nova investigació publicada a Cell Reports Methods fa un pas endavant amb la primera inserció genètica (knock-in, en anglès) en embrions de Blattella germanica. Utilitzant una estratègia basada en CRISPR, l’equip ha pogut “tallar” un gen clau per al desenvolupament embrionari (distal-less) i fusionar-lo amb un gen de fluorescència vermella (mCherry), emprant la tècnica de reparació dirigida per homologia. La inserció ha estat exitosa en aproximadament un 30% de les femelles injectades, i han produït embrions amb fluorescència detectable, i és estable i heretable.

“Hem desenvolupat una nova eina molecular simple, robusta i econòmica que, a diferència d’altres mètodes, no requereix modificacions complexes ni equipament especialitzat, fet que obre la porta a la generació de proteïnes de fusió en insectes no model”, comenta Maria Dolors Piulachs, investigadora principal del grup de Reproducció d’insectes de l’IBE que ha liderat la recerca.

Localitzar proteïnes en la foscor, un avenç clau en l’estudi de les paneroles

Amb la inserció de fluorescència a distal-less, l’estudi ha mostrat la visualització en viu i a temps real de la proteïna Dll expressada per aquest gen en els apèndixs en desenvolupament i en el sistema nerviós de B. germanica durant la fase embrionària. Tanmateix, la proteïna fluorescent generada és funcional i no interfereix amb el desenvolupament normal de l’insecte. Una fita que obre les portes a futures investigacions.

Etiquetatge de proteïnes mitjançant DIPA-CRISPR: representació gràfica del procés d’injecció de la maquinària d’edició en una femella adulta de panerola alemanya per inserir el gen de la proteïna fluorescent mCherry (knock-in) en una localització que ens permet la visualització de la proteïna expressada pel gen distal-less (dll) durant el desenvolupament dels seus embrions. Crèdit a Alfonso Ferrández-Roldán / Cell Reports Methods.

“Hem confirmat la distribució d’una proteïna clau per al desenvolupament de molts insectes. Gràcies a aquesta nova eina esperem estudiar l’expressió de diferents proteïnes de les paneroles sense necessitat d’emprar anticossos de fluorescència, una eina sovint inexistent o molt difícil d’obtenir en insectes no model, i força més costosa” comenta Alfonso Ferrández-Roldán, investigador postdoctoral Juan de la Cierva de l’IBE i primer autor de l’estudi, que afegeix “ara podrem resoldre i explorar mecanismes de desenvolupament d’aquesta espècie d’interès sanitari i econòmic, però també evolutiu”.

La panerola alemanya (B. germanica) és un insecte d’especial interès científic, tant per la seva rellevància com a plaga com per la seva posició evolutiva basal, que permet aprofundir en l’estudi de l’evolució dels insectes. La recerca sobre la seva reproducció, d’altra banda, també pot contribuir al desenvolupament de noves estratègies de control de plagues.

“En el futur, aquesta tècnica podria aplicar-se a altres insectes no model i permetre l’estudi simultani de diversos gens amb diferents marcadors fluorescents” conclou Piulachs.

Article referenciat:

A. Ferrández-Roldán and M.-D. Piulachs, "Using DIPA-CRISPR for simple and efficient endogenous protein tagging in insects"; (2026). Cell Reports Methods. DOI: 10.1016/j.crmeth.2025.101297