Биологи европейского НИИ восстановят популяцию вымершего вида носорогов

Белый носорог родится от умершего самца

После смерти последней мужской особи северного белого носорога в живых осталось только две самки: Наджин и Фату. Фото предоставлено пресс-службой компании Merk

Ассоциация Лейбница – объединение немецких научно-исследовательских организаций – сообщила, что при поддержке Федерального Министерства образования и научных исследований Германии и ряда научно-технологических компаний, таких например, как химико-фармацевтический гигант Merck, официально дала старт проекту BioRescue. Немецкие ученые из Ассоциации Лейбница проведут операцию по пересадке эмбрионов вымирающего вида млекопитающего – северного белого носорога.

Этот вид носорогов находится не то что на грани вымирания – он уже, практически, вымер. Ситуация у северного белого носорога действительно критическая: после смерти последней мужской особи в Судане в марте 2018 года в живых осталось только две самки: Наджин и Фату. Они живут в заповеднике Ол Педжета в Кении.

Как сообщается в официальном пресс-релизе. Команда экспертов придерживается двух подходов.

На первом этапе будут взяты яйцеклетки у двух оставшихся самок северного носорога. На втором этапе яйцеклетка будет оплодотворена сперматозоидами. Сперма умерших северных белых носорогов хранится при температуре минус 196 градусов по Цельсию в жидком азоте, в Институте исследований зоопарка и дикой природы им. Лейбница.

Эмбрион, полученный методом экстракорпорального оплодотворения, будет трансплантирован в матку южного белого носорога путем переноса эмбрионов и выношен суррогатной матерью. Дело в том, что Наджин и Фату больше не могут вынашивать потомство. Возраст!

Все эксперты признают, что прецедентов предстоящей операции еще не было. Поэтому сначала все детали этой медицинской технологии отработают на трансплантации эмбрионов южного белого носорога. В случае если все пройдет гладко, будут использованы эмбрионы северного белого носорога. В рамках проекта BioRescue руководитель проекта профессор Томас Хильдебрандт из Института исследований зоопарка и дикой природы им. Лейбница и его команда уже достигли важных результатов. 27 мая 2019 года им впервые удалось перенести эмбрион в матку южного белого носорога. Однако из-за размера эмбриона ученые предполагают, что эмбриону не удалось прикрепиться к слизистой оболочке матки, не смотря на его успешный рост. Животное-реципиент скоро будет снова обследовано, чтобы окончательно прояснить ситуацию. В ближайшем будущем будут выполнены очередные трансплантации эмбрионов.

Второй подход состоит в том, чтобы трансформировать клетки кожи в так называемые плюрипотентные стволовые клетки, а затем преобразовать их в первичные половые клетки (PGC). В ходе пробного исследования уже удалось преобразовать клетки кожи в плюрипотентные, которые в дальнейшем будут улучшены. Из-за небольшого количества доступных яйцеклеток и сперматозоидов подход с использованием стволовых клеток важен для увеличения генетической изменчивости популяции.

Конечная цель исследователей Международного научного консорциума под руководством Института исследований зоопарка и дикой природы им. Лейбница и Центра молекулярной медицины им. Макса Дельбрюка – возрождение самоподдерживающейся, генетически здоровой популяции северного белого носорога. Ученые надеются, что эти животные смогут выжить в дикой природе.

Проект осуществляется в рамках инициативы немецкого Министерства по сохранению биоразнообразия. На его реализацию Федеральное министерство образования и научных исследований Германии выделило около 4 млн евро.

«Биоразнообразие составляет основу нашего существования, – подчеркивает доктор Михаэль Майстер, парламентский статс-секретарь при Федеральном Министерстве образования и научных исследований Германии. – Поэтому мы содействуем принятию незамедлительных мер по защите исчезающих видов животных, как в случае с амбициозным проектом BioRescue. Благодаря впечатляющему сочетанию различных исследовательских подходов и вовлеченности, проявленной участниками проекта, теперь появилась возможность и надежда, что мы сможем сохранить такой находящийся под угрозой исчезновения вид, как северный белый носорог».

Читайте также:  Болезнь кошачьих царапин: что делать, если укусила кошка и опухла или покраснела рука, чем лечить укус кота

К этому можно добавить, что исследователи во всем мире уже давно занимаются проблемой буквально воскрешения находящихся на грани вымирания видов. И, мало того, забрезжила перспектива вернуть в нашу биосферу виды, которые исчезли несколько столетий и даже тысячелетий назад.

Так, в феврале 2006 года, группа российских ученых сообщила в журнале PloS Biology о выдающемся научном достижении: расшифровке полной последовательности так называемой митохондриальной ДНК мамонта, жившего более 30 тыс. лет назад. Профессору Евгению Рогаеву и его коллегам из нескольких научных учреждений России и США удалось расшифровать полную последовательность митохондриальной ДНК мамонта (длиной 16 842 нуклеотида).

А в 2009 году Биологи из Университета штата Пенсильвания определили почти полную последовательность генома мамонта. Генетический материал был получен из образца шерсти двух мамонтих возрастом 20 и 60 тыс. лет, найденных в Сибири. В общей сложности ученые определили последовательность около 4 млрд нуклеотидов – элементарных «кирпичиков», входящих в состав нуклеиновых кислот, – ДНК и РНК. Правда, собственно мамонтовых из этого количества – около 3,3 млрд нуклеотидов, остальное – результат загрязнения образца генетическим материалом грибов и бактерий.

Возможно, самое интригующее следствие ювелирной, без преувеличения, работы биологов – реально забрезжившая возможность восстановить мамонтов как вид. Принципиальная схема здесь понятна: достаточно поместить генетический материал мамонта в яйцеклетку родственного вида – современного слона. По некоторым оценкам, стоимость этого проекта могла бы составить около 10 млн долларов. Однако исследователи подчеркивали, что вряд ли стоит ожидать рождения мамонта в ближайшем будущем, так как для реализации этого амбициозного проекта необходимо преодолеть ряд технических затруднений.

Как бы там ни было, но проект восстановления исчезнувшего из биосферы древнего вида – мамонта в данном случае – отнюдь не пионерский.

Еще в конце 1990-х годов британские ученые объявили о начале реализации сенсационной программы – воссоздания с использованием сохранившегося генетического материала исчезнувшего вида птиц – маврикийского дронта (додо).

Это была крупная, высотой до метра, нелетающая птица. Дронт обитал на острове Маврикий (Маскаренские острова) в Индийском океане. Существовало три вида этого нелетающего голубя величиной с индюка.

Не сохранилось ни одного экземпляра чучела додо (были ли таковые – тоже вопрос). В гибели беззащитных додо повинны голландские моряки, которые первыми из европейцев увидели эту птицу, когда высадились на остров для пополнения запасов воды и свежего мяса. (С голландского «додо» переводится как «дуралей».) Завезенные ими на Маврикий животные – свиньи, обезьяны, крысы, собаки и кошки – разоряли наземные гнезда додо. Считается, что маврикийский дронт был полностью уничтожен всего за десять лет – в период с 1680 по 1690 год. Кстати, в Москве, в коллекции Государственного Дарвиновского музея, находится один из немногих сохранившихся в мире скелетов дронта. Экземпляр, хранимый в Дарвиновском музее, – единственный в России.

В 2006 году появилось сообщение, что в одной из пещер Маврикия были обнаружены хорошо сохранившиеся останки дронта. Скелет птицы почти не поврежден. Как заявил тогда палеонтолог Джулиан Хьюм из лондонского Музея естественной истории, планировалось провести анализ ДНК птицы.

Читайте также:  Бенгальский кот (фото): маленькая копия леопарда

Принципиальных технологических ограничений для процесса клонирования нет. Основные этапы операции – конечно, сильно упрощая! – могут выглядеть так. Из остатков костного материала додо делают выжимку; помещают ее в физиологический раствор и вымывают все лишнее. Затем отбирают хорошо сохранившиеся клетки и «выколупывают» из них ядра, в которых собственно и содержится генетический материал. Полученные таким образом ядра пересаживают в яйцеклетки коров, предварительно лишенные родных ядер (с яйцеклетками коров удобнее работать: они большие по размерам, налажена технология их производства, существуют банки таких клеток).

Остается только напомнить, что в случае с клонированной овцой Долли вероятность успеха составила 0,02%.

Оставлять комментарии могут только авторизованные пользователи.

Учёные начали эксперименты по восстановлению популяции северных белых носорогов

Ученые начали работы по спасению практически исчезнувшего северного белого носорога. В рамках этого проекта в конце мая они подсадили самке южного подвида полученный in vitro химерный эмбрион, несущий генетический материал северного и южного носорогов, говорится в пресс-релизе Агентства мультимедийных коммуникаций, поступившем в редакцию N+1. Прижился ли эмбрион, пока неизвестно. После отработки технологии на южных носорогах, ученые планируют взять яйцеклетки у двух самок северных носорогов, единственных представителей подвида, и попытаться вырастить эмбрион, подходящий для искусственного оплодотворения.

Северные белые носороги практически вымерли за последние 50 лет. В начале 60-х годов прошлого века в дикой природе еще оставалось около двух тысяч особей, в середине 80-х браконьеры сократили эту цифру до 15 особей, а после 2007 года немногочисленные северные носороги жили только в зоопарках. В марте прошлого года в заповеднике в Кении умер последний самец этого подвида. В живых остались две самки, обитающие в том же заповеднике, но они уже слишком стары и неспособны вынашивать потомство.

В последние двадцать лет ученые пытались восстановить популяцию северных белых носорогов естественным путем, но безуспешно. Поэтому встал вопрос о том, возможно ли добиться от носорогов потомства с помощью искусственного оплодотворения. Последние 30 лет исследователи хранили замороженный клеточный материал северных белых носорогов, в том числе сперму трех самцов. Потенциально она была пригодна для искусственного оплодотворения. Оставалось получить яйцеклетки.

Разработку протокола получения яйцеклеток и искусственного оплодотворения ученые решили отработать не на двух оставшихся старых самках северного носорога, а на более многочисленных самках южного белого носорога. Этот подвид обитает в Южной Африке и его численность растет.

В прошлом году международный коллектив ученых во главе с Томасом Хильдебрандтом из Института исследований зоопарка и дикой природы имени Лейбница смог получить яйцеклетки от самок южного носорога с помощью разработанной исследователями процедуры. Яйцеклетки оплодотворили спермой самца северного носорога и получили химерные эмбрионы, пригодные для имплантации в матку животным-рецепиентам.

27 мая исследователям удалось успешно перенести эмбрион в матку самки южного белого носорога. Но ученые сомневаются, что ему удалось прикрепиться к слизистой оболочке матки. Скоро суррогатную мать снова обследуют, и в случае неудачи еще раз проведут имплантацию эмбриона.

После того, как технология будет отработана, исследователи планируют по разработанному ими протоколу получить яйцеклетки от самок северного белого носорога, оплодотворить их и попробовать вырастить эмбрионы с 100-процентной генетической информацией северного белого носорога.

В случае, если исследователям не удастся их получить, возможно, носорогов получится клонировать. В криобанке университета Сан-Диего уже хранятся клеточные линии фибробластов, полученные из тканей восьми носорогов, которые в разное время жили в зоопарке. Группа во главе с Хильдебрантом получила клеточные линии эмбриональных стволовых клеток из полученных эмбрионов. Сейчас ученые разрабатывают протокол получения плюрипотентных стволовых клеток из клеток кожи северных белых носорогов.

Читайте также:  Британская кошка чёрного окраса: история выведения, особенности и стандарты, фото котов-британцев

Недавно у ученых появилась надежда на сохранение популяции суматранских носорогов, другого исчезающего вида. В общей сложности, в дикой природе и питомниках осталось 80 здоровых особей этого вида. В прошлом году представителям организации Sumatran Rhino Rescue, которая занимается спасением носорогов, удалось поймать здоровую самку, в дополнение к другим девяти особям, живущим в неволе. Исследователи полагают, что она поможет сохранить вымирающий вид, так как в неволе суматранские носороги успешно размножаются.

Белый носорог родится от умершего самца

После смерти последней мужской особи северного белого носорога в живых осталось только две самки: Наджин и Фату. Фото предоставлено пресс-службой компании Merk

Ассоциация Лейбница – объединение немецких научно-исследовательских организаций – сообщила, что при поддержке Федерального Министерства образования и научных исследований Германии и ряда научно-технологических компаний, таких например, как химико-фармацевтический гигант Merck, официально дала старт проекту BioRescue. Немецкие ученые из Ассоциации Лейбница проведут операцию по пересадке эмбрионов вымирающего вида млекопитающего – северного белого носорога.

Этот вид носорогов находится не то что на грани вымирания – он уже, практически, вымер. Ситуация у северного белого носорога действительно критическая: после смерти последней мужской особи в Судане в марте 2018 года в живых осталось только две самки: Наджин и Фату. Они живут в заповеднике Ол Педжета в Кении.

Как сообщается в официальном пресс-релизе. Команда экспертов придерживается двух подходов.

На первом этапе будут взяты яйцеклетки у двух оставшихся самок северного носорога. На втором этапе яйцеклетка будет оплодотворена сперматозоидами. Сперма умерших северных белых носорогов хранится при температуре минус 196 градусов по Цельсию в жидком азоте, в Институте исследований зоопарка и дикой природы им. Лейбница.

Эмбрион, полученный методом экстракорпорального оплодотворения, будет трансплантирован в матку южного белого носорога путем переноса эмбрионов и выношен суррогатной матерью. Дело в том, что Наджин и Фату больше не могут вынашивать потомство. Возраст!

Все эксперты признают, что прецедентов предстоящей операции еще не было. Поэтому сначала все детали этой медицинской технологии отработают на трансплантации эмбрионов южного белого носорога. В случае если все пройдет гладко, будут использованы эмбрионы северного белого носорога. В рамках проекта BioRescue руководитель проекта профессор Томас Хильдебрандт из Института исследований зоопарка и дикой природы им. Лейбница и его команда уже достигли важных результатов. 27 мая 2019 года им впервые удалось перенести эмбрион в матку южного белого носорога. Однако из-за размера эмбриона ученые предполагают, что эмбриону не удалось прикрепиться к слизистой оболочке матки, не смотря на его успешный рост. Животное-реципиент скоро будет снова обследовано, чтобы окончательно прояснить ситуацию. В ближайшем будущем будут выполнены очередные трансплантации эмбрионов.

Второй подход состоит в том, чтобы трансформировать клетки кожи в так называемые плюрипотентные стволовые клетки, а затем преобразовать их в первичные половые клетки (PGC). В ходе пробного исследования уже удалось преобразовать клетки кожи в плюрипотентные, которые в дальнейшем будут улучшены. Из-за небольшого количества доступных яйцеклеток и сперматозоидов подход с использованием стволовых клеток важен для увеличения генетической изменчивости популяции.

Читайте также:  Американца арестовали за езду верхом на лошади в пьяном виде

Конечная цель исследователей Международного научного консорциума под руководством Института исследований зоопарка и дикой природы им. Лейбница и Центра молекулярной медицины им. Макса Дельбрюка – возрождение самоподдерживающейся, генетически здоровой популяции северного белого носорога. Ученые надеются, что эти животные смогут выжить в дикой природе.

Проект осуществляется в рамках инициативы немецкого Министерства по сохранению биоразнообразия. На его реализацию Федеральное министерство образования и научных исследований Германии выделило около 4 млн евро.

«Биоразнообразие составляет основу нашего существования, – подчеркивает доктор Михаэль Майстер, парламентский статс-секретарь при Федеральном Министерстве образования и научных исследований Германии. – Поэтому мы содействуем принятию незамедлительных мер по защите исчезающих видов животных, как в случае с амбициозным проектом BioRescue. Благодаря впечатляющему сочетанию различных исследовательских подходов и вовлеченности, проявленной участниками проекта, теперь появилась возможность и надежда, что мы сможем сохранить такой находящийся под угрозой исчезновения вид, как северный белый носорог».

К этому можно добавить, что исследователи во всем мире уже давно занимаются проблемой буквально воскрешения находящихся на грани вымирания видов. И, мало того, забрезжила перспектива вернуть в нашу биосферу виды, которые исчезли несколько столетий и даже тысячелетий назад.

Так, в феврале 2006 года, группа российских ученых сообщила в журнале PloS Biology о выдающемся научном достижении: расшифровке полной последовательности так называемой митохондриальной ДНК мамонта, жившего более 30 тыс. лет назад. Профессору Евгению Рогаеву и его коллегам из нескольких научных учреждений России и США удалось расшифровать полную последовательность митохондриальной ДНК мамонта (длиной 16 842 нуклеотида).

А в 2009 году Биологи из Университета штата Пенсильвания определили почти полную последовательность генома мамонта. Генетический материал был получен из образца шерсти двух мамонтих возрастом 20 и 60 тыс. лет, найденных в Сибири. В общей сложности ученые определили последовательность около 4 млрд нуклеотидов – элементарных «кирпичиков», входящих в состав нуклеиновых кислот, – ДНК и РНК. Правда, собственно мамонтовых из этого количества – около 3,3 млрд нуклеотидов, остальное – результат загрязнения образца генетическим материалом грибов и бактерий.

Возможно, самое интригующее следствие ювелирной, без преувеличения, работы биологов – реально забрезжившая возможность восстановить мамонтов как вид. Принципиальная схема здесь понятна: достаточно поместить генетический материал мамонта в яйцеклетку родственного вида – современного слона. По некоторым оценкам, стоимость этого проекта могла бы составить около 10 млн долларов. Однако исследователи подчеркивали, что вряд ли стоит ожидать рождения мамонта в ближайшем будущем, так как для реализации этого амбициозного проекта необходимо преодолеть ряд технических затруднений.

Как бы там ни было, но проект восстановления исчезнувшего из биосферы древнего вида – мамонта в данном случае – отнюдь не пионерский.

Еще в конце 1990-х годов британские ученые объявили о начале реализации сенсационной программы – воссоздания с использованием сохранившегося генетического материала исчезнувшего вида птиц – маврикийского дронта (додо).

Это была крупная, высотой до метра, нелетающая птица. Дронт обитал на острове Маврикий (Маскаренские острова) в Индийском океане. Существовало три вида этого нелетающего голубя величиной с индюка.

Не сохранилось ни одного экземпляра чучела додо (были ли таковые – тоже вопрос). В гибели беззащитных додо повинны голландские моряки, которые первыми из европейцев увидели эту птицу, когда высадились на остров для пополнения запасов воды и свежего мяса. (С голландского «додо» переводится как «дуралей».) Завезенные ими на Маврикий животные – свиньи, обезьяны, крысы, собаки и кошки – разоряли наземные гнезда додо. Считается, что маврикийский дронт был полностью уничтожен всего за десять лет – в период с 1680 по 1690 год. Кстати, в Москве, в коллекции Государственного Дарвиновского музея, находится один из немногих сохранившихся в мире скелетов дронта. Экземпляр, хранимый в Дарвиновском музее, – единственный в России.

Читайте также:  Австралиец придумал как наказать невоспитанных хозяев собак

В 2006 году появилось сообщение, что в одной из пещер Маврикия были обнаружены хорошо сохранившиеся останки дронта. Скелет птицы почти не поврежден. Как заявил тогда палеонтолог Джулиан Хьюм из лондонского Музея естественной истории, планировалось провести анализ ДНК птицы.

Принципиальных технологических ограничений для процесса клонирования нет. Основные этапы операции – конечно, сильно упрощая! – могут выглядеть так. Из остатков костного материала додо делают выжимку; помещают ее в физиологический раствор и вымывают все лишнее. Затем отбирают хорошо сохранившиеся клетки и «выколупывают» из них ядра, в которых собственно и содержится генетический материал. Полученные таким образом ядра пересаживают в яйцеклетки коров, предварительно лишенные родных ядер (с яйцеклетками коров удобнее работать: они большие по размерам, налажена технология их производства, существуют банки таких клеток).

Остается только напомнить, что в случае с клонированной овцой Долли вероятность успеха составила 0,02%.

Оставлять комментарии могут только авторизованные пользователи.

Учёные близки к “воскрешению” вымершего белого носорога

Европейские биологи создали первый “гибридный” зародыш вымершего белого носорога, объединив их сперму с яйцеклетками их обычных африканских родичей. Результаты первых опытов с этими зародышами были опубликованы в журнале Nature.

“В ближайшее время мы планируем отправиться в Кению и извлечь яйцеклетки из тел двух последних самок северных белых носорогов. Они позволят нам создать “чистые” эмбрионы этих животных. Затем мы проделаем ту же процедуру, используя яйцеклетки и сперму, выращенные из “перепрограммированных” стволовых клеток этих животных”, — заявил Томас Хильдебрандт (Thomas Hildebrandt) из Института Лейбница в Берлине (Германия).

Свет в конце тоннеля

Появление новых технологий секвенирования ДНК, клонирования и перепрограммирования клеток открыли новые возможности для спасения уже вымерших или пока вымирающих видов животных. Как надеются ученые, образцы тканей подобных животных помогут современным или будущим экологам “воскресить” эти виды и восстановить их популяции.

К примеру, еще в 2011 году ученые из Института Скриппса в Ла-Хойе (США) создали первые стволовые клетки вымерших северных белых носорогов и исчезающих павианов-дрилов, используя образцы их замороженных тканей. Эти опыты дали надежду на то, что биологи смогут превратить подобные клетки в полноценные зародыши исчезнувших животных.

Хильдебрандт и его коллеги сделали первый шаг к воплощению этих планов в жизнь, создав первые жизнеспособные зародыши вымерших северных белых носорогов, последние особи которых доживают свой век в зоопарках Азии, Африки и других континентов мира.

В начале 20 века их популяция насчитывала примерно три тысячи особей. Хищническая охота и гражданские войны в центральной Африке привели к тому, что уже к началу текущего столетия их численность в дикой природе упала до трех десятков носорогов. Последний из них умер в 2008 году, что ознаменовало собой провал всех попыток экологов восстановить их популяцию естественным путем.

Читайте также:  Бриар (фото): особенности удивительной овчарки из Франции

Последние надежды возлагались на четырех белых носорогов, двух самцов и самок, живших в зоопарках и питомниках в США, Чехии и Африке. Самцы неожиданно умерли в 2015 году, в результате чего “мужская линия” белых носорогов полностью исчезла. Самки были перевезены из зоопарков в Кению, где они сейчас живут под круглосуточной охраной.

Когда носороги умерли, Хильдебрандт и его коллеги извлекли из их тела семенники и заморозили их в надежде сохранить половые клетки для того, чтобы использовать их в процедуре искусственного оплодотворения.

Сложности роста

Сделать это, как показали дальнейшие опыты, оказалось не так легко, как это кажется – все три носорога, чей генетический материал удалось сохранить, были достаточно пожилыми животными, и их сперма изначально находилась в очень плохом состоянии. В дополнение к этому, впоследствии ученые обнаружили, что их половые клетки были дефектными и не могли проникать в яйцеклетки сами по себе.

В решении этих проблем им помогли технологии, созданные итальянскими биологами для искусственного осеменения лошадей. Используя эти гаджеты и приемы, Хильдебрандт и его коллеги извлекли яйцеклетки южных белых носорогов из тела нескольких самок-“доноров”, и ввели в них ядра сперматозоидов, обработав их мощными, но короткими импульсами тока.

Только год назад, после двух лет безуспешных экспериментов, биологам удалось подобрать правильную комбинацию подобных приемов, которая привела к успешному слиянию половых клеток и формированию бластоциста – первой стадии развития зародыша, на которой его уже можно возвращать в утробу животного.

В общей сложности, Хильдебрандт и его коллеги создали четыре гибридных зародыша северного белого носорога – двух самцов и двух самок. Все они были заморожены и, как надеются ученые, в ближайшее время будут имплантированы в тело суррогатных матерей из числа южных белых носорогов.

Если эти опыты завершатся удачно, то ученые извлекут яйцеклетки из тела двух последних представительниц этого подвида, оплодотворят их и попытаются извлечь эмбриональные стволовые клетки из них. Они, как и их “перепрограммированные” кузены, как надеется эколог, помогут ученым максимально быстро восстановить популяцию этих носорогов.

Спокойствие, только спокойствие: данио-рерио показали, как преодолеть хронический стресс

Российские ученые установили, что иммуномодуляторы, а также их сочетание с антидепрессантом флуоксетином, могут способствовать преодолению тревожности у рыб. Для этого биологи искусственно создали условия длительного непредсказуемого стресса у рыб данио-рерио, а затем «лечили» их препаратами. В перспективе эти исследования помогут разработать новые методы борьбы с психическими расстройствами, вызванными хроническим стрессом. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Scientific Reports.

Данио-рерио. Опыт по определению более предпочтительной зоны аквариума. Источник: Алан Калуев

В повседневной жизни людей окружает множество факторов стресса, таких как напряженная работа, постоянный городской шум, переживания и беспокойства, недосып. Если сильный стресс, например изнурительный труд, длится долго — месяцы и годы, — он может привести к серьезным психическим нарушениям, таким как депрессия. Их лечение вызывает сложности из-за того, что симптомы могут быть очень разными, и на их проявление влияет множество факторов: генетические, социальные, экологические. Кроме того, при стрессе часто усиливаются воспалительные процессы, которые ослабляют иммунитет и могут способствовать развитию других заболеваний. Чтобы подробно изучить причины и течение болезней, вызванных стрессом, ученые используют лабораторных животных. Данио-рерио — хорошая модель для таких работ, потому что они удобны в разведении, неприхотливы, а их геном и физиология мозга довольно схожи с человеческими.

Читайте также:  Бирманская кошка(фото) – священный охранник буддийских храмов

Исследователи из Санкт-Петербургского государственного университета, Национального медицинского исследовательского центра имени В. А. Алмазова, Российского научного центра радиологии и хирургических технологий имени академика А. М. Гранова (Санкт-Петербург), Московского физико-технического института(Москва), Научно-технического университета «Сириус» (Сочи), Уральского федерального университета(Екатеринбург) с коллегами из Маастрихтского университета (Нидерланды) проанализировали влияние стресса на поведение и гормональный фон данио-рерио. Перед началом эксперимента популяцию из нескольких десятков особей содержали в стандартных, комфортных для них условиях: большом аквариуме с оптимальной температурой воды и освещением. Затем половину рыб переносили в другие аквариумы, в которых все было не столь благоприятно: температура воды оказывалась выше или ниже привычной, плавал хищник или вода содержала его «запах», свет был слишком ярок или отсутствовал вовсе, не было пищи или действовали подобные стрессовые условия. Разнообразные испытания проходили ежедневно в течение одиннадцати недель, при этом биологи контролировали текущее состояние рыб, а после окончания этого срока проводили фармакотерапию стресса. Для этого в качестве антидепрессанта ученые использовали широко применяемый в медицине препарат флуоксетин. Новизна подхода заключается в том, что исследователи параллельно вместе с ним давали рыбам еще и иммуномодуляторы: липополисахарид — провоспалительный полимер из клеточной стенки бактерий, который вызывает иммунную реакцию, — и эйкозапентаеновую кислоту, которая входит в состав многих животных жиров и подавляет воспалительные реакции в организме.

Модель эксперимента. ТНА — тест нового аквариума; ТСА — темно-светлый аквариум; ТПК — тест построения косяка. Источник: Demin K. A. et al. / Scientific Reports, 2021. Перевод: Алан Калуев.

Оказалось, что рыбы, которые испытывали стресс, сбивались в плотные косяки, также предпочитая дно аквариума, что говорило об их повышенной тревожности. С другой стороны, ученые отметили у них увеличение способности к аверсивному обучению — умению остерегаться опасности. Определили это с помощью интересного теста: рыбок-зебр помещали в аквариум, разделенный на светлую и темную половины. По своей природе рыбы предпочитают малоосвещенные места, поэтому в эксперименте они старались проводить больше времени в темной части аквариума. Но исследователи периодически подавали в эту комфортную зону электрический ток, который заставлял рыб уплывать. Оказалось, что в таких условиях особи, ранее испытавшие стресс, со временем начинали реже появляться в темной половине, чем «спокойные» рыбы, что говорит о том, что они быстрее научились избегать неприятного фактора — электрического тока.

После проведения всех экспериментов ученые безболезненно усыпили рыб, а образцы их нервной ткани использовали, чтобы изучить гормональное состояние особей. Лечение «тревожных» зебраданио антидепрессантами и иммуномодуляторами показало, что флуоксетин, как и ожидалось, снимал тревожность и уменьшал вызванный стрессом уровень норадреналина в мозге. Кроме того, оказалось, что сочетание флуоксетина с эйкозапентаеновой кислотой имело еще более сильный эффект: вместе они не только восстановили спокойное поведение рыб и уровень стрессового гормона, но и повысили уровень дофамина — гормона радости. Когда же рыбкам-зебрам вместе с флуоксетином вводили липополисахарид, они, наоборот, становились более тревожными и собирались в еще более плотные косяки, чем при хроническом стрессе.

«Наши исследования показали, что можно синергично повысить эффективность терапии стресса как антидепрессантами, так и их комбинацией с дополнительными веществами. Так, например, содержащаяся во многих морепродуктах полиненасыщенная омега-3 жирная кислота — эйкозапентаеновая кислота — не только помогает флуоксетину бороться со стрессом, но и оказывает противовоспалительное действие на организм, что особо важно при нервных расстройствах. В дальнейшем мы планируем глубже изучить взаимодействие флуоксетина и иммуномодуляторов эйкозапентаеновой кислоты и липополисахарида между собой, чтобы понять причины усиления или ослабления их эффективности в борьбе со стрессом», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Алан Калуев, доктор биологических наук, профессор, член Европейской Академии и заведующий лабораторией биологической психиатрии СПбГУ.

Читайте также:  Бенгальская кошка (леопардовая): история породы, описание, характер, советы по содержанию и уходу, фото бенгала

У РЫБОК ДАНИО-РЕРИО НАШЛИ СПОСОБНОСТЬ ПРЕДАВАТЬСЯ ОТЧАЯНИЮ

Результаты исследования «отодвинули» происхождение отчаяния на 340 млн лет в прошлое .

Биологи выяснили, что у рыбок данио-рерио, как и у млекопитающих, может проявляться поведение, подобное человеческому отчаянию. При этом рыбок можно успокоить с помощью антидепрессантов. Благодаря этому открытию ученые смогут тестировать подобные препараты не только на грызунах, как раньше, но и на данио-рерио. Результаты исследования опубликовал Journal of Neuroscience Methods, кратко об этом пишет пресс-служба Уральского федерального университета (УрФУ).

«Учитывая, что генетически рыбы и люди подобны друг другу на 70%, мы сделали поиск потенциальных биологических мишеней для антидепрессантов гораздо менее сложным и менее дорогим, чем при работе с грызунами. Используя рыб данио-рерио, наука быстрее найдет, протестирует и отберет новые, более совершенные лекарственные препараты против депрессии», – рассказал руководитель исследования, ведущий научный сотрудник УрФУ Алан Калуев.

Данио-рерио (Danio rerio, также ее называют полосатым данио, зебраданио или дамским чулком) – это пресноводная рыбка до 4 см в длину, которую часто выращивают для аквариумов. Благодаря относительно сложной нервной системе, быстрому размножению и хорошей выживаемости эту рыбку часто используют в научных исследованиях.

В частности, благодаря этим рыбкам ученые выяснили, что быстрая и медленная фазы сна появились у позвоночных как минимум 450 млн лет назад, а также то, что антидепрессант флуоксетин может негативно действовать на их детей и внуков, снижая уровень гормона стресса – кортизола.

В новом исследовании ученые из России, Бразилии и Китая во главе с Аланом Калуевым тоже обратились к проблеме антидепрессантов. Ранее подобные препараты создавали и тестировали на лабораторных грызунах. Однако их выращивание делает эксперименты достаточно дорогими. Ученые решили проверить, можно ли проводить подобные испытания на более доступных животных.

Новая модель депрессии

Чтобы проверить, как антидепрессанты действуют на живой организм, ученые специально доводят их до состояния так называемой приобретенной беспомощности. В этом случае животное находится в неприятной ситуации, но не пытается из нее выйти даже в том случае, если может это сделать. С помощью этого состояния ученые моделируют депрессию и проверяют, могут ли разработанные ими препараты вывести животное из такой беспомощности.

Способы для того, чтобы ввести в такое состояние грызунов, специалисты разработали давно, а для данио-рерио их еще не было. Калуев и его коллеги для этого предложили подвешивать рыбку за хвост. Исследователи закрепляли хвост данио-рерио в губчатом материале и опускали их в стакан под действием классических антидепрессантов – сертралина и амитриптилина. Кроме них ученые использовали низковольтный электрический ток, специальный феромон и феназепам.

Опыты показали, что после обездвиживания у данио-рерио действительно появлялось состояние, близкое к человеческому отчаянию. Сертралин и амитриптилин смогли помочь рыбкам, увеличив активность гормонов серотонина и дофамина в их мозгу. Таким образом, поскольку антидепрессанты действуют на данио-рерио практически так же, как на грызунов и людей, то этих рыбок можно использовать в испытаниях подобных препаратов. Таким образом их можно сделать гораздо дешевле и проводить быстрее.

Читайте также:  Бенгальскому тигру изготовят протез для конечности

Эксперименты привели не только к практическим, но и к фундаментальным результатам. «Мы «отодвинули» модель отчаяния, основанную на выученной беспомощности, на 340 млн лет: ведь первые челюстные рыбы появились в ходе эволюции 400 млн лет назад, а грызуны – 60 млн лет назад», – пояснил один из авторов исследования, старший научный сотрудник СПбГУ Константин Демин. Таким образом, отчаяние – один из симптомов депрессии – оказалось гораздо древнее, чем ученые думали ранее.

Поскольку у депрессии настолько древнее происхождение, мишени для ее лечения нужно искать в консервативных молекулярных механизмах, общих для рыб, грызунов и человека. А их не настолько много, заключил Алан Калуев.

Сон помог личинкам данио-рерио отремонтировать поврежденную ДНК в нейронах

Голова личинки данио-рерио. Вверху справа. Динамика хромосом (зеленый цвет) в отдельном нейроне (красный цвет).

Исследователи показали, что сон необходим для исправления повреждений в ДНК нейронов, по крайней мере у данио-рерио. Как сообщается в Nature Communications, во сне у личинок данио-рерио увеличивается динамика хромосом в нейронах головного и спинного мозга, которая влияет на репарацию двухцепочечных разрывов в ДНК.

Сон необходим для жизнедеятельности животных. Длительная депривация сна может привести к их гибели, а его нарушения связывают с ухудшением работы мозга. Правда, недавно биологи опровергли критическую необходимость сна для мушек дрозофил, но даже они должны спать хотя бы несколько минут в день. В то же время, сон, очевидно, связан с высоким риском для жизни животных, так как во время сна они более уязвимы. Необходимость сна объясняют разными причинами. В частности, во время сна ускоряется синтез макромолекул (ДНК, РНК и белков), а также из мозга выводятся нейротоксичные вещества. Однако как в процессе эволюции у животных появился сон, до сих пор непонятно.

Недавние исследования показали, что у некоторых животных сон может быть реакцией на окислительный стресс. Более того, предположительно, у мушек дрозофил и у мышей во время сна ускоряется репарация двухцепочечных разрывов в ДНК. Возникновение таких разрывов может приводить к появлению мутаций, поэтому в клетках существует комплекс белков, устраняющих повреждения ДНК. Причиной появления двухцепочечных разрывов может быть действие ионизирующего излучения, ошибки в работе клеточных ферментов или даже нейронная активность. В том числе они появляются у молодых мышей во время изучения незнакомой обстановки.

Ученые из университета имени Бар-Илана под руководством профессора Лиора Аппельбаума (Lior Appelbaum) предположили, что сон развился в процессе эволюции, чтобы нейроны могли нормально функционировать. Чтобы проверить это предположение исследователи решили проследить за появлением двухцепочечных разрывов и активностью нейронов, а также за динамикой хромосом, которая, влияет, в том числе на репликацию и репарацию ДНК. Хромосомы представляют собой комплексы, состоящие из ДНК и белков, и их структура в течение клеточного цикла меняется. В частности, она становится более или менее плотной и за динамикой этого процесса можно наблюдать.

В качестве модельного организма авторы выбрали личинку данио-рерио. Чтобы наблюдать за единичными нейронами, ученые вывели генетически модифицированных личинок, хромосомы в нейронах которых флуоресцировали при облучении светом определенной длины волны. Ученые наблюдали за динамикой хромосом в нейронах спинного и трех отделов головного мозга: конечного, ромбовидного мозга и поводка эпиталамуса.

Читайте также:  Американская фармацевтическая компания подаёт в суд за требования провести опыты на собаках

Личинки рыбок данио-рерио обычно активны днем и спят ночью. Поэтому сначала авторы измеряли динамику хромосом в нейронах у бодрствующих и спящих животных. Оказалось, что во время сна она увеличивалась примерно вдвое.

Затем исследователи показали, что на динамику хромосом влияет именно сон, а не смена циркадных ритмов. Ученые либо днем кормили личинок мелатонином, гормоном, который облегчает засыпание и участвует в регуляции циркадных ритмов, либо не давали им спать ночью. На следующий день после депривации сна динамика хромосом в нейронах у личинок из экспериментальной группы была вдвое ниже, чем у особей из контрольной группы. После восстановления режима сна динамика хроматина выросла до прежнего уровня. Те личинки, которых кормили мелатонином, по сравнению с особями из контрольной, группы больше спали днем, при этом динамика хромосом у них усиливалась. Затем авторы наблюдали за генетически модифицированными личинками данио-рерио, у которых был отключен синтез мелатонина, но при этом внутренние молекулярные «часы» у них продолжали работать. В результате выяснилось, что у животных с выключенным синтезом мелатонина динамика хромосом во время сна была ниже, чем у обычных личинок. Также исследователи убедились, что динамика хромосом менялась во время сна или бодрствования именно в нейронах. В шванновских клетках (вспомогательных клетках нервной ткани) она не зависела от состояния животного.

За повреждениями ДНК авторы исследования наблюдали с помощью маркера, белка γH2AX, формы белка H2AX, которая образуется в хромосомах в ответ на появление двухцепочечных разрывов в ДНК. С помощью иммуноцитохимического анализа ученые увидели скопления γH2AX в разных отделах мозга личинок и убедились, что количество белка растет днем, во время бодрствования, и падает ночью. При этом количество двухцепочечных разрывов коррелировало с активностью нейронов. В то же время динамика хромосом днем, во время бодрствования личинок оставалась низкой, а ночью возрастала почти в два раза.

В заключение исследователи показали, что динамика хромосом необходима для того, чтобы уменьшить образование двухцепочечных разрывов в ДНК. Они создали генетически модифицированных данио-рерио, у которых вырабатывалось избыточное количество белка, ингибирующего динамику хромосом, и следили за образованием двухцепочечных разрывов и динамикой хромосом во время сна и бодрствования личинок. Оказалось, что у генномодифицированных животных динамика хромосом была одинаковой днем и ночью. При этом количество двухцепочечных разрывов в ДНК ночью у них было на 120 процентов выше, чем у обычных личинок.

«Это как выбоины на дороге», — говорит руководитель исследования Лиор Аппельбаум. «Они накапливаются на дорогах, особенно в дневные часы пик, а ремонтировать их удобно ночью, когда интенсивность движения уменьшается».

Недавно ученые показали, что ритмичные убаюкивания помогают улучшить сон не только людям, но и мышам. Оказалось, что покачивание мышей позволило им быстрее засыпать и реже просыпаться, за счет чего увеличилась продолжительность фазы медленного сна.

Ссылка на основную публикацию