Ходячие пробирки

Фото: Sebastian Duda, www.ajkdblog.org

«Спасители» науки

Незаменимых животных в мире науки много, но особое место занимают крысы. Почему они? С точки зрения науки крысы – идеальные животные для экспериментов. Они неприхотливы, и их легко содержать. Геномы крысы и человека идентичны на 90%. Цены на грызунов минимальны, как и затраты на их содержание. Грызуны плодятся с большой скоростью, что важно при выведении новых видов - генетические сбои или изменения можно проследить на следующих поколениях. Крысы живут два-три года, а значит, все процессы в их организме протекают быстро.

Вивисекция – проведение хирургических операций над животными с научной целью – начала шествие по медицинскому миру тысячи лет назад. Римлянин Гален «оперировал» коз и свиней. Греческие врачи Аристотель и Эразистрат проводили опыты на животных. Миллионы людей были спасены благодаря трахеотомии (операции на трахее для освобождения дыхательных путей), технику которой отработал на козах в XII веке арабский хирург Ибн Зухр. Луи Пастер изучал сибирскую язву на овце, Иван Павлов – условные рефлексы на собаках, а проказу победили с помощью австралийских броненосцев.

Из всех видов крыс

в свои лаборатории ученые затащили – серую крысу. Чтобы результаты экспериментов были более точными, ученые решили уменьшить факторы, влияющие на итог опытов, – использовать генетически однородных крыс. Путем близкородственного скрещивания и селекции можно добиться потомства, в котором все особи будут иметь практически одинаковые жизненные и генетические показатели. С помощью этого способа ученые вывели генетически однотипных крыс и назвали их «чистой линией». Первую чистую линию крыс-альбиносов King Albino (сейчас они переименованы в PA) вывела доктор Хелен Кинг из Вистаровского института (США) в 1909 году.

Хелен Кинг. Фото: Courtesy of The Wistar Institute, Wistar Archive Collection, www.explorepahistory.com

Спустя 110 лет существует около 500 линий крыс, на каждой из которых отслеживают те или иные изменения. На крысах изучают раковые заболевания, работу нейронов, психологические расстройства, оценивают терапевтические эффекты медицинских препаратов и мутации в генах. Изучение генетических болезней и молекулярных процессов всегда начинается с чистой линии и переходит в новую, моделирующую заболевания человека. Таким образом можно отследить изменения, начиная со здорового организма и заканчивая мутировавшим. www.sbras.ru Вклад грызунов в медицину и физиологию сложно переоценить. В 2013 году в Академгородке под Новосибирском установили памятник лабораторной мыши, которая вяжет нить ДНК. Ген всему голова Крысы линии Zucker – классическая модель по изучению сахарного диабета II типа, гипертонии и ожирения. Их назвали так в честь патологов Луиса и Теодора Цукеров, которые впервые нашли у крыс ген Lepr, ответственный за ожирение. На представителях «отечественной» линии OXYS изучают старость. Их вывели сотрудники Института цитологии и генетики СО РАН в 1975 году. Хотя изначально эксперимент предполагал получение линии с наследственной катарактой, в итоге он привел к развитию у крыс «старческих» проблем: снижению иммунитета, нарушению памяти, остеопорозу, предраковому состоянию, снижению рождаемости и продолжительности жизни. Дальнейшие исследования показали, что катаракта крыс по молекулярным процессам и характеру соответствует человеческим. На сегодняшний день линия OXYS считается одной из универсальных моделей для исследования процесса старения глаза. Около 60 лет назад эдинбургские хирурги вывели линию крыс RCS (Royal College of Surgeons – Королевский колледж хирургии). Они становятся слепыми уже в возрасте трех месяцев, это первые известные животные с наследственной дегенерацией сетчатки. Ученые нашли у этой линии мутацию в гене Mertk, из-за чего погибают фоторецепторы. Теперь грызуны незаменимы как модель для анализа молекулярных процессов при дегенерации сетчатки. А у линии Brattleboro в крови отсутствует гормон вазопрессин, из-за чего крысы много пьют. Эти грызуны помогают изучать работу почек и отрабатывать методы коррекции наследственных заболеваний. У дрожащих крыс Кавасаки, впервые описанных в 1988 году, из-за мутации низкий уровень белка рилина, что вызывает нарушения строения мозга, аномальное поведение и дрожащую походку. У человека есть похожий, гомологичный белок, поэтому дрожащие крысы помогают изучать его роль в развитии пороков мозга. Иногда что-то идет не так, и отдельные особи выбиваются из компании абсолютно идентичных сородичей. Число мутаций, передающихся по наследству, постоянно растет. Вы видели голых крыс? А крыс-альбиносов? И то, и другое – стойкие рецессивные мутации. То есть оба родителя в нескольких поколениях были без шерсти, и этот признак передался по наследству. У крыс с кудрявой шерстью – мутация Rex, она доминантна, и достаточно одного кудрявого родителя, чтобы потомство щеголяло с завитушками в волосах. Кудрявая крыса. Фото: Christina Beckerman, www.flickr.com О чем не скажут фармацевты Печальной страницей в истории лабораторных экспериментов на крысах стала трагедия с препаратом талидомид. Компания Chemie Grünenthal в 1954 году произвела его как противосудорожное средство. Эксперименты на грызунах показали, что нужными свойствами препарат не обладал, но оказался неплохим успокоительным. Передозировка не убивала крыс и мышей, хотя значительно снижала их активность. В то время требования к выпуску фармакологических средств на рынок были не такими строгими, и талидомид начали давать людям. Врачи назначали его как успокоительное при нервных срывах, тревожных состояниях, нарушениях сна, против астмы, мигреней, для понижения давления. В 1958 году препарат стали использовать, чтобы устранить симптомы ранних токсикозов у беременных. Тогда ученые полагали, что плацента является надежным барьером между пагубным воздействием любых препаратов на организм матери и плодом. Но талидомид с легкостью этот барьер преодолел. У сотрудника компании Grünenthal, дававшего своей беременной жене талидомид, родился ребенок без ушей. Количество подобных случаев начало расти: по всему миру, в странах, где талидомид поступил на рынок, рождались младенцы с мутациями, чаще всего с недоразвитыми конечностями. С препаратом эту трагедию связали не сразу, компания отрицала любые негативные свойства экспериментального медикамента – крысам он же не вредил! Жертва талидомида – у ребенка недоразвитые конечности. Фото: Leonard McCombe, www.helix.northwestern.edu Осень 1961 года стала для производителей талидомида роковой. Практически одновременно австралийский доктор МакБрайд (William McBride) и немецкий педиатр Ленц (Widukind Lenz) обнаружили связь между приемом лекарств на ранних сроках беременности и развитием внутриутробных уродств. Газета Welt am Sonntag выпустила большую статью, где профессор Ленц описал 150 случаев, которые подтверждали четкую связь между талидомидом и уродствами. С 1961 года по странам, где продавался талидомид, прокатилась волна разбирательств. Компания Grünenthal почти все случаи сумела разрешить внесудебным путем, вовремя выплачивая компенсации пострадавшим семьям. Жертвы препарата росли, история забывалась, а талидомид пылился на полках запрещенных лекарств. Спустя 10 лет в израильском медицинском центре Хадасса доктор Яков Шескин (Jacob Sheskin) искал для больного обезболивающий препарат. Его пациент мучился невыносимыми болями из-за проказы, болеутоляющие таблетки не действовали, мужчина умирал. Доктор Шескин понимал, что талидомид запрещен, но решился облегчить его страдания и дать ему лекарство, которое усыпляло и успокаивало. Мужчина спал 20 часов, а на следующий день поднялся с постели. Шескин, нарушая закон, дал еще шестерым пациентам талидомид. 99% тех, на ком он в дальнейшем его применял, выздоровели. Талидомид нельзя было использовать без дальнейших исследований. Изучая его свойства, профессор Роберт Д’Амато (Robert D’Amato), работавший в гарвардской лаборатории Фолкмана, выяснил, почему происходило недоразвитие органов у детей: препарат блокировал кровоснабжение отдельных участков тела. Эту его способность попробовали применить в борьбе со злокачественными опухолями, обескровливая их с помощью лекарства. Рост опухолей замедлился, а у больных увеличилась продолжительность жизни. В 1998 году талидомид вернули на рынок как средство борьбы с проказой. Позже его разрешили применять в онкологии против множественной миеломы – злокачественной опухоли, поражающей кровеносную систему. Но препарат назначают только при соблюдении ряда запретов: его нельзя передавать третьим лицам, принимать беременным, а те, кто им лечится, не могут становиться донорами крови и спермы. Куда уходят крысы Возможно, рано или поздно необходимость в крысах отпадет. В марте 2018 года команда ученых из Оксфорда опубликовала в журнале Frontiers in Physiology статью о «виртуальных лабораторных животных». Исследователи с помощью программы Virtual Assay разработали компьютерную имитацию человеческих сердечных клеток. Они изучили, как 62 препарата влияют на клетки, и сопоставили результаты с реальными клиническими данными. В 89 % случаев модель верно определяла, опасно то или иное лекарство для сердца или нет. Такие симуляции могут вытеснить животных из лабораторий. Условия, в которых содержат крыс, зачастую негуманны. Фото: Pascal Goetgheluck, www.nature.com Удел лабораторных крыс почти всегда один: их умерщвляют под анестезией. В некоторых случаях для экспериментов на клеточном уровне берутся культуры сердца, почек, других органов. Иногда сотрудники лабораторий на свой страх и риск отдают волонтерам молодых грызунов, которых должны были усыпить после проведенных опытов. Одни из ярких представителей движения помощи хвостатым – Фонд помощи крысам с тяжелой судьбой «V-фонд». После жизни в вивариях в руки волонтеров крысы попадают со множеством заболеваний, инфекциями дыхательных путей, отитами или наружными мутациями. «V-фонд» существует в Москве уже четыре года, и за это время сотни крыс обрели хозяев, которые о них заботятся.