На базе Научно-исследовательского института физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского МГУ начал функционировать новый виварий. Питомник, созданный в рамках программы развития Московского университета, занимает площадь в 400 м 2 — в 16 раз превышает площадь предыдущего помещения. Новый виварий предназначен для точного изменения генетического кода и позволит существенно продвинуть научные исследования в области геномики и медицины, в частности, разработку методов борьбы с онкологическими заболеваниями. О результатах работы ученые проинформировали журналистов 24 сентября.
Эксперименты в виварии проводятся с использованием лабораторных мышей. Гены этих животных, отвечающие за синтез белков, на 85% идентичны человеческим. В связи с этим, они широко применяются для изучения генетических механизмов и заболеваний, свойственных человеку.
«Новый виварий был приобретен для получения мышей с отредактированным геномом и их последующего изучения. По словам директора НИИФХБ им. А.Н. Белозерского, доктора химических наук и члена-корреспондента РАН, это необходимо, поскольку и мы, и мыши являемся организмами, сформированными в соответствии с генетическими «инструкциями», закодированными в наших геномах. Этими «инструкциями» являются гены, и их количество относительно невелико – около 20 тыс Петр Владимирович Сергиев. — По моему мнению, крайне необходимо разобраться в механизмах действия этой «программы», то есть понять, как эти указания влияют на формирование наших тел и обеспечивают работу наших организмов».
В настоящее время, при содействии Министерства науки и высшего образования, на базе вивария реализуется проект, целью которого является создание биоресурсной коллекции мышей с целенаправленно измененным геномом. Ожидается, что в результате работы будет сформирован уникальный банк мышиных линий, как живых, так и сохраненных, для проведения исследований, соответствующих мировому уровню. Проект призван ускорить, расширить и упорядочить проведение экспериментов с генетически модифицированными мышами. Это значительный вклад в развитие отечественной науки и вывод ее на качественно новый уровень.
Первоочередное направление исследований в виварии сосредоточено на изучении функций генов, по которым пока существует недостаточно информации. Для определения роли конкретного гена, исследователи временно блокируют его активность и наблюдают за последующими изменениями. Другая задача, не менее значимая, – это изучение генетических аномалий, являющихся причиной заболеваний. Учитывая, что геномы людей отличаются друг от друга несколькими миллионами позиций, выявление конкретной мутации, вызывающей болезнь, представляет собой сложную задачу.
«Для выяснения причин генетического заболевания, в особенности если это новый, ранее не описанный наукой случай, необходимо создавать генетическую модель на мышах, — пояснил П.В. Сергиев. — Это позволяет, с одной стороны, подтвердить, что конкретные мутации являются причиной болезни, а с другой – разработать терапевтические методы лечения на основе исследований, проведенных на мышах».
В настоящее время в виварии содержится около 50 линий генно-модифицированных мышей. Под линией подразумевается группа животных, объединенных общей мутацией. Число особей в каждой такой группе варьируется в зависимости от задач исследования, однако в среднем оно составляет несколько десятков.
Новый виварий спроектирован с учетом самых строгих требований. Здесь применяется двухкоридорная система, обеспечивающая полную изоляцию загрязненных и чистых материалов. Это позволяет защитить лабораторных мышей от нежелательных инфекций. Все многоразовые предметы, такие как клетки, подвергаются стерилизации в автоклаве перед повторным использованием, а оборудование тщательно дезинфицируется. Редеривация – еще один важный процесс, направленный на защиту животных от болезней.
«Наш виварий отличается отсутствием специфических патогенов. В случае получения мышей извне, которые могут быть больны, чтобы предотвратить распространение инфекции, мы можем привозить сюда не самих мышей, а, например, яйцеклетки. Их можно будет использовать для оплодотворения других особей и получить (редеривировать) линию извне, “воскресив” ее уже в стерильных условиях», — пояснил П.В. Сергиев.
В виварии содержатся разнообразные модели заболеваний. Так, для проекта, поддержанного Министерством науки и высшего образования РФ, были созданы мыши с ожирением. У этих лабораторных животных не функционирует ген, отвечающий за лептин – вещество, регулирующее чувство насыщения. В результате такие мыши бесконтрольно едят и значительно превосходят в размерах своих здоровых сородичей одного возраста. Постепенно у них развивается диабет. Исследование позволит ученым найти лекарственные препараты или биологически активные добавки, стимулирующие процесс «самоочищения» клеток (аутофагию), что должно привести к снижению массы тела и улучшению состояния здоровья мышей (и, в дальнейшем, людей), страдающих избыточным весом.
«У нас также имеются модели мужского бесплодия. Они ассоциированы с весьма интересным геном, который до сих пор изучен недостаточно. Мы продемонстрировали, что изменения в этом гене приводят к искривлению хвостиков сперматозоидов. Хвостик сперматозоида немного напоминает весло, он слегка уплощен, чтобы обеспечить более эффективное движение. Но у сперматозоидов мутантных мышей плоскости этого «весла» деформированы. В результате такие сперматозоиды двигаются менее эффективно, и самцы мышей оказываются неспособными к оплодотворению», — сообщил П.В. Сергиев.
В виварии совместно с Медико-генетическим научным центром проводятся исследования, в рамках которых ученые, среди прочего, изучают мутацию, приводящую к проблемам с выработкой надпочечниковых стероидов. Полученные данные будут способствовать лечению детей, страдающих от данного заболевания. Это отклонение оказалось новым для медицинских работников и исследователей, поскольку ранее оно не было задокументировано в научных публикациях, что обусловило необходимость определения генетических факторов, вызывающих недуг.
В области онкологии также ведутся научные исследования. В этом проекте виварий взаимодействует с медицинскими специалистами из Санкт-Петербурга и Москвы. Финансирование обеспечил Фонд перспективных исследований.
«Нами была создана модель, в которой генетическое редактирование проводится не на яйцеклетках, а на соматических клетках (клетках тела) мышей, что означает, что изначально животное не обладает мутациями. Мы освоили применение инструмента генетического редактирования для имитации процесса онкогенеза, аналогичного тому, что, к сожалению, наблюдается у людей. Подавляющее большинство опухолей развивается вследствие мутаций в соматических клетках, которые изначально не содержат отклонений. Мы научились вносить подобные изменения целенаправленно, чтобы определить, какие опухоли формируются из-за различных мутаций. В перспективе это может позволить разработать индивидуализированную терапию раковых опухолей на основе моделей мышей», — заявил П.В. Сергиев. На последующем этапе предполагается использование генетически модифицированных мышей для тестирования противоопухолевых вакцин в сотрудничестве с клиническими учреждениями.
Сотрудничество с Российским национальным исследовательским медицинским университетом имени Н.И. Пирогова и российскими фармацевтическими компаниями в сфере генетической терапии также продолжается. Кроме того, предусмотрено взаимодействие с Университетом «Сириус».
В виварии также изучаются процессы старения. Здесь основное внимание уделяется аутофагии – процессу переработки поврежденных внутриклеточных компонентов. Этот механизм активируется и при голодании: в отсутствие достаточного количества внешних ресурсов клетки начинают разрушать наименее важные элементы, чтобы создать необходимые. Древние люди, постоянно находившиеся в движении и испытывавшие голод, использовали аутофагию для экономии ресурсов. У современных людей, ведущих сидячий образ жизни и не сталкивающихся с дефицитом питания, этот процесс может быть замедлен. Это приводит к недостаточно эффективному обновлению клеток и износу организма. Ученые ищут вещества, способные стимулировать аутофагию, – в дальнейшем они будут протестированы на мышах.
«Мы намерены проводить генетические модификации генов, которые контролируют расщепление различных токсичных веществ, скапливающихся в организме. Подобные отклонения приводят к так называемым болезням накопления. Кроме того, планируется разработать мутантные линии, воспроизводящие муковисцидоз», — сообщил П.В. Сергиев.
Директор института рассказал журналистам о методике получения новой линии лабораторных животных: «Мы вводим генетический редактор посредством инъекций в оплодотворенные яйцеклетки <…>, затем имплантируем их в суррогатную мышь, которая вынашивает генетически модифицированных мышат. После этого мы удостоверяемся в наличии у них требуемой мутации, скрещиваем их для получения достаточного количества особей и проводим их изучение». Для подтверждения того, что у мышат возникла необходимая мутация, ученые получают небольшой образец ткани (из области уха), выделяют из него ДНК и анализируют отредактированный участок генома.
Посетители вивария ознакомились с лабораторией, где выполняется геномное редактирование, и увидели приборы, применяемые в этом процессе. Так, для предотвращения повреждения яйцеклетки во время модификации, ее фиксируют с использованием микрокапилляра, оснащенного специальным наконечником, напоминающим «присоску». Кроме того, перед переносом клетки, ее подвергают инкубации в термостате, содержащем углекислый газ.
Криоконсервация также является важным направлением деятельности вивария.
«Неактивные линии временно сохраняются в виде спермы. Это дает возможность в будущем использовать in vitro-оплодотворения воскресить нужную линию и снова получить таких мышек в достаточном для эксперимента количестве», — пояснил П.В. Сергиев.
По словам старшего научного сотрудника НИИФХБ имени А.Н. Белозерского Ольга Александровна Аверина, при проведении исследований ученые используют мышей различной окраски: черных, белых и коричнево-черных (агути). Выбор конкретной окраски определяется задачами исследования.
Для проведения поведенческих исследований выделено отдельное помещение в виварии. Так, мышь должна запомнить лабиринт и найти в нем путь к своей «домашней» норке. Особенности поведения животных анализируются с помощью специальной крестообразной конструкции: пугливые мыши прячутся в ее закрытых «рукавах», а более смелые – выбираются на открытое пространство. Чтобы избежать влияния человека на поведение животных и обеспечить его естественность, поведенческие эксперименты проводятся в закрытом шкафу.