Это — ГМО-мышка с нокаутом гена бета-катеніну, которая готовится к тренировкам.
Когда сердце мыши бьется ради сердца человека. Как и для чего я провожу эксперименты с животными
В Институте молекулярной биологии и генетики я изучаю отдельные гены и их роль в развитии и функционировании сердца. А помогают мне в этом ГМО-мыши!
Почему это важно? Одна из основных причин смертности и инвалидизации населения во всех странах — болезни сердечно-сосудистой системы. И хоть мы уже хорошо знакомы с тем, как функционирует сердце, белых пятен в этой сфере еще очень много. Такие расстройства, как асистолия предсердий, дилатационная и гипертрофическая кардиомиопатия, прогрессирующая сердечная недостаточность могут возникнуть и развиться из-за мутации гена. В общем на данный момент известно о 200 генов, мутации которых вызывают болезни сердца. На самом деле их больше.
Открытие таких генов — результат многолетней работы ученых всего мира. Мы с группой ученых также причастны к этому. Например, обнаружили, что формирование сердца после рождения регулируют конкретные гены, как и приспособления сердца к длительной физической тренировки.
Также во время экспериментов с животными мы выяснили, что “выключение” гена N-кадгерину в эмбриональном сердце является летальным. Такие организмы погибают еще в эмбриогенезе, а их сердца — недоразвитые. После нашей работы другие ученые обнаружили мутации этого гена у пациентов.
Кроме того, мы выяснили, что “выключение” в сердце гена аЕ-катеніну является причиной преждевременной смерти подопытных животных через сердечную недостаточность. И когда наши данные будут проверены на пациентах, то, скорее всего, список “критических сердечных генов” станет больше еще на один.
Я — в культуральной боксе, где исследуют изолированные клетки сердца мышей. В моих руках — автоматическая груша и пипетка для забора жидкостного материала.
Почему именно мыши? Изучать работу сердца невозможно на простых организмах, таких, как рыбы, лягушки, мухи. И тем более, на червах или бактериях. Потому что анатомически мы и они довольно разные.
Карманные люди — так в шутку ученые называют лабораторных мышей. Как и люди, мыши — теплокровные, имеют такое же строение тела: голова, четыре конечности, четырехкамерное сердце, две почки и тому подобное. А самое важное — геном мыши, как и человека, полностью расшифрован и подобный нашему на 95%. Поэтому мыши такие популярные в научных лабораториях. И именно они имеют отношение к многих нобелевских и других не менее почетных наград в научном мире.
Как создают ГМО-мышей? Впервые ГМО-животные появились в конце 1980-х, произведя революцию в биологии и медицине. А ученые, причастные к созданию этой технологии, — Марио Капеччі, Мартин Эванс и Оливер Смітіз, — в 2007 году получили Нобелевскую премию.
Сейчас на ГМО-мышах воспроизведен уже более 500 болезней человека, сделано нокаут более 10 000 генов — это примерно половина всего генома человека!
А появляются ГМО-мыши благодаря методам генной инженерии. Прежде всего создают копию фрагмента гена, который будут изучать. Ее синтезируют искусственно специальными приборами, где последовательность нуклеотидов ДНК (так называемые строительные кирпичики ДНК) ученые программируют. Именно благодаря такому синтезу и есть возможность вносить изменения в эту копию. Такие генетические конструкции сначала нарабатывают в клетках бактерий. Затем проверяют на правильность и соответствие запланированному. Удачные конструкции встраивают в геном стволовых клеток мыши и проводят немало скринингов, чтобы отобрать те клетки, где эта конструкция встроилась и заменила первоначальный вариант гена.
Такие ячейки мікроін’єкціями вводят в бластоцисту (ранний эмбрион) мыши. Спустя бластоцисты подсаживают мышам — суррогатным мамам — и ждут первого поколения “химер”. Тело их будет состоять из клеток с разным генетическим материалом. Какие ткани и органы образуются от клеток бластоцисты — они будут такие, что не имеют запланированных учеными изменений. А какие — то- из модифицированных стволовых клеток, поэтому будут иметь эти изменения. И задача ученых — отбирать таких животных, скрещивать и анализировать снова и снова, пока не будут иметь мышей, содержащих внесенные изменения в каждой ячейке.
Мыши спят на термостолику после операции. Их глаза намазанные бепантеном, чтобы избежать дополнительного переохлаждения.
Чтобы создать таких мышей, нужно как минимум два-три года кропотливой работы в институте, который имеет современное оборудование и надлежащее обеспечение, то есть не в Украине. И даже на Западе не все институты или университеты тратят на это время и средства. В основном, если нужен нокаут уже существует, таких животных просто покупают. Научный институт в Бар-Харборе (США) является своеобразным супермаркетом ГМО-животных. Стоимость одной ГМО-мыши там — ориентировочно 200 — 300 долларов.
Что такое нокаут гена? Наши подопытные — это животные, геном которых изменен так, что мы имеем возможность нокаутировать, то есть заставить не работать чисто в сердце, нужный нам ген. Мы используем специальных мышей, одни из которых в геноме содержат искусственно внесенные участка (LoxP-сайты) вокруг какого экзона (это структурная единица) гена. Спарюємо их с другой линией ГМО-мышей, содержащих в геноме искусственно внедренный ген фагової (фаги — это вирусы микробов) рекомбінази (фермент или белок, что может резать любую ДНК включительно в упомянутых выше сайтах LoxP). У детей таких мышей эта рекомбіназа проникает в ядро распознает встроенные там LoxP-сайты и вырезает кусок ДНК, что между ними. После этого ген уже не работает.
Как мы экспериментируем с животными? Доб изучить, как именно сердце приспосабливается к физической нагрузке, тренируем мышей. Готовим “бассейн с температурой воды +36 — 37 градусов по Цельсию, и наши подопытные плавают в нем. Сначала — 5 минут. Каждый день увеличиваем длительность тренировки на полторы минуты, и так — 6 недель.
Наблюдаем за интенсивностью движений животных, занотовуємо, когда какая-то мышь перестает плавать и просто лежит на воде. “Коллегиально” оцениваем по 5-балльной шкале каждого пловца. Все это важно, малейшую деталь надо учесть, потому что вполне возможно, что ген, который изучаем, может отразиться на работоспособности и выносливости сердца.
Впоследствии мы проверяем других особей — тех, которые живут семьями. Осматриваем их и оцениваем визуально состояние их здоровья, в случае необходимости отсаживаем беременную самку или детей, которые уже подросли. Семьи мышей у нас — разные. К примеру, плем’ядро — это такие, где мыши с нокаутом какого-то гена не схрещувались с другими ГМО-животные. Из них отбираем грызунов для семей другого типа — там, где мы скрещиваем разные линии животных. Количество семей планируем заблаговременно и только для какого-то конкретного опыта.
Дети ГМО-мышей, кстати, помогают нам изучать гипертрофию сердца, особенности его эмбрионального развития или влияние на него ожирение.
Вживлюємо мыши мініосмотичний насос, который поддерживает в крови концентрацию веществ, что повышает давление. Спустя анализируем работу сердца.
Мыши у нас живут в специально обустроенных комнатах — вивариях. В таких помещениях постоянная температура +22 — 23оС, а также соответствующий уровень влажности. Электронный таймер регулирует длительность светового дня и ночи — это очень важно для размножения грызунов. Поэтому, независимо от времени года, в наших животных день длится 16 часов. Мышки имеют полноценный рацион — комбикорм, зерно, овощи с фруктами и даже сыр, яйца и мясо.
И напоследок — о смысле жизни. Подопытные животные рождаются только для выполнения запланированного и важного исследования. Я бы даже сказала, что жизнь таких мышей местами полна большего смысла, чем жизнь некоторых людей.
Результаты наших исследований над ГМО-мышами — это такие себе красные флажки для медиков: на что им обращать внимание, диагностируя пациента, где искать причину болезни или невосприимчивости лекарств. С помощью науки фармакологи-ученые получают новые мишени для терапии, против которых надо создавать какие-то ингибиторы, медпрепараты и прочее.
Именно лабораторным животным мы должны быть благодарны за колоссальный прогресс человечества в понимании природы рака, нейродегенеративных, сердечно-сосудистых и многих других болезней. Да и за появление новых, более действенных методов лечения. Мне как науковиці хотелось бы большего понимания от общества и меньше спекуляций и передергивания от организаций, защищающих права животных. Пока наука не может заменить животных в исследовании сложных биологических систем. А вот создавать нормальные условия для тех, кто помогает нам в исследованиях, мы можем. Именно так и делаем!
Читайте также репортаж с крупнейшей в Европе атомной электростанции
По материалам: Экспресс