В Інституті молекулярної біології і генетики я вивчаю окремі гени та їхню роль у розвитку і функціонуванні серця. А допомагають мені в цьому ГМО-миші!
Чому це важливо? Одна з основних причин смертності й інвалідизації населення в усіх країнах — хвороби серцево-судинної системи. І хоч ми вже добре обізнані з тим, як функціонує серце, білих плям у цій сфері ще дуже багато. Такі розлади, як асистолія передсердь, дилатаційна та гіпертрофічна кардіоміопатія, прогресуюча серцева недостатність можуть виникнути та розвинутись через мутацію гена. Загалом наразі відомо про 200 генів, мутації яких спричиняють хвороби серця. Насправді їх більше.
Відкриття таких генів — результат багаторічної роботи вчених усього світу. Ми з групою науковців також причетні до цього. Наприклад, виявили, що формування серця після народження регулюють конкретні гени, як і пристосування серця до тривалого фізичного тренування.
Також під час експериментів із тваринами ми з’ясували, що “вимкнення” гена N-кадгерину в ембріональному серці є летальним. Такі організми гинуть ще в ембріогенезі, а їхні серця — недорозвинені. Після нашої роботи інші вчені виявили мутації цього гена у пацієнтів.
Крім того, ми з’ясували, що “вимкнення” у серці гена аЕ-катеніну є причиною передчасної смерті дослідних тварин через серцеву недостатність. І коли наші дані будуть перевірені на пацієнтах, то, найімовірніше, список “критичних серцевих генів” стане більшим ще на один.
Я — у культуральному боксі, де досліджують ізольовані клітини серця мишей. У моїх руках — автоматична груша і піпетка для забору рідинного матеріалу.
Чому саме миші? Вивчати роботу серця неможливо на простих організмах, таких, як риби, жаби, мухи. І тим більше, на червах чи бактеріях. Бо анатомічно ми і вони досить різні.
Кишенькові люди — так жартома вчені називають лабораторних мишей. Як і люди, миші — теплокровні, мають таку ж будову тіла: голова, чотири кінцівки, чотирикамерне серце, дві нирки тощо. А найважливіше — геном миші, як і людини, повністю розшифрований і подібний до нашого на 95%. Тому миші такі популярні в наукових лабораторіях. І саме вони мають стосунок до багатьох нобелівських та інших не менш поважних нагород у науковому світі.
Як створюють ГМО-мишей? Вперше ГМО-тварини з’явилися наприкінці 1980-х, спричинивши революцію в біології та медицині. А вчені, причетні до створення цієї технології, — Маріо Капеччі, Мартін Еванс та Олівер Смітіз, — у 2007 році здобули Нобелівську премію.
Нині на ГМО-мишах відтворено вже більш ніж 500 хвороб людини, зроблено нокаут понад 10 000 генів — це приблизно половина всього генома людини!
А з’являються ГМО-миші завдяки методам генної інженерії. Перш за все створюють копію фрагмента гена, який вивчатимуть. Її синтезують штучно спеціальними приладами, де послідовність нуклеотидів ДНК (так звані будівельні цеглинки ДНК) програмують науковці. Саме завдяки такому синтезу і є можливість вносити зміни в цю копію. Такі генетичні конструкції спершу напрацьовують у клітинах бактерій. Потім перевіряють на правильність і відповідність запланованому. Вдалі конструкції вбудовують у геном стовбурових клітин миші та проводять чимало скринінгів, щоби відібрати ті клітини, де ця конструкція вбудувалася і замінила початковий варіант гена.
Такі клітинки мікроін’єкціями вводять у бластоцисту (ранній ембріон) миші. Опісля бластоцисти підсаджують мишам — сурогатним мамам — і чекають першого покоління “химер”. Тіло їх буде складатися з клітин із різним генетичним матеріалом. Якісь тканини та органи утворяться від клітин бластоцисти — вони будуть такі, що не мають запланованих вченими змін. А якісь — із модифікованих стовбурових клітин, тож матимуть ці зміни. І завдання вчених — відбирати таких тварин, схрещувати та аналізувати знову і знову, доки не матимуть мишей, що містять внесені зміни у кожній клітинці.
Миші сплять на термостолику після операції. Їхні очі намащені бепантеном, аби уникнути додаткового переохолодження.
Щоб створити таких мишей, потрібно не менш як два-три роки копіткої роботи в інституті, що має сучасне обладнання та належне забезпечення, тобто не в Україні. І навіть на Заході не всі інститути чи університети витрачають на це час і кошти. Здебільшого, якщо потрібний нокаут уже існує, таких тварин просто купують. Науковий інститут у Бар-Гарборі (США) є своєрідним супермаркетом ГМО-тварин. Вартість однієї ГМО-мишки там — орієнтовно 200 — 300 доларів.
Що таке нокаут гена? Наші піддослідні — це тварини, геном яких змінено так, що ми маємо змогу нокаутувати, тобто змусити не працювати суто в серці, потрібний нам ген. Ми використовуємо спеціальних мишей, одні з яких у геномі містять штучно внесені ділянки (LoxP-сайти) довкола якогось екзона (це структурна одиниця) гена. Спарюємо їх з іншою лінією ГМО-мишей, які містять у геномі штучно вбудований ген фагової (фаги — це віруси мікробів) рекомбінази (фермент або білок, що може різати будь-яку ДНК включно у згаданих вище сайтах LoxP). У дітей таких мишей оця рекомбіназа проникає в ядро, розпізнає вбудовані там LoxP-сайти і вирізає шматок ДНК, що між ними. Після цього ген уже не працює.
Як ми експериментуємо з тваринами? Щоб вивчити, як саме серце пристосовується до фізичного навантаження, тренуємо мишей. Готуємо “басейн” із температурою води +36 — 37 градусів за Цельсієм, і наші піддослідні плавають у ньому. Спочатку — 5 хвилин. Кожного дня збільшуємо тривалість тренування на півтори хвилини, і так — 6 тижнів.
Спостерігаємо за інтенсивністю рухів тварин, занотовуємо, коли якась миша перестає плавати та просто лежить на воді. “Колегіально” оцінюємо за 5-бальною шкалою кожного плавця. Усе це важливо, найменшу деталь треба врахувати, бо цілком можливо, що ген, який вивчаємо, може позначитись на працездатності та витривалості серця.
Згодом ми перевіряємо інших особин — тих, які живуть сім’ями. Оглядаємо їх та оцінюємо візуально стан їхнього здоров’я, у разі потреби відсаджуємо вагітну самицю чи дітей, які вже підросли. Сім’ї мишей у нас — різні. Приміром, плем’ядро — це такі, де миші з нокаутом якогось гена не схрещувались з іншими ГМО-тваринами. Із них відбираємо гризунів для сімей іншого типу — там, де ми схрещуємо різні лінії тварин. Кількість сімей плануємо завчасно і лише для якогось конкретного досліду.
Діти ГМО-мишей, до речі, допомагають нам вивчати гіпертрофію серця, особливості його ембріонального розвитку чи вплив на нього ожиріння.
Вживлюємо миші мініосмотичний насос, який підтримує у крові концентрацію речовин, що підвищує тиск. Опісля аналізуємо роботу серця.
Миші в нас живуть у спеціально облаштованих кімнатах — віваріях. У таких приміщеннях постійна температура +22 — 23оС, а також відповідний рівень вологості. Електронний таймер регулює тривалість світлового дня та ночі — це дуже важливо для розмноження гризунів. Тож, незалежно від пори року, у наших тварин день триває 16 годин. Мишки мають повноцінний раціон — комбікорм, зерно, овочі із фруктами та навіть сир, яйця і м’ясо.
I насамкінець — про сенс життя. Піддослідні тварини народжуються лише для виконання запланованого та важливого дослідження. Я б навіть сказала, що життя таких мишей подекуди сповнене більшого сенсу, ніж життя деяких людей.
Результати наших досліджень над ГМО-мишами — це такі собі червоні прапорці для медиків: на що їм звертати увагу, діагностуючи пацієнта, де шукати причину хвороби чи несприйнятливості ліків. З допомогою науки фармакологи-вчені отримують нові мішені для терапії, проти яких треба створювати якісь інгібітори, медпрепарати тощо.
Саме лабораторним тваринам ми маємо бути вдячні за колосальний прогрес людства в розумінні природи раку, нейродегенеративних, серцево-судинних і багатьох інших хвороб. Та й за появу нових, дієвіших методів лікування. Мені як науковиці хотілося би більшого розуміння від громади та менше спекуляцій і пересмикування від організацій, що захищають права тварин. Наразі наука не може замінити тварин у дослідженні складних біологічних систем. А от створювати нормальні умови для тих, хто допомагає нам у дослідженнях, ми можемо. Саме так і робимо!
Читайте також репортаж із найбільшої в Європі атомної електростанції
