Zebradanio spaudė peles ir vaisių musą biomedicinoje

Zebradanio spaudė peles ir vaisių musą biomedicinoje

Alanas Kaluevas, Konstantinas Deminas
"Trejybės pasirinkimas" №4 (248), 2018 vasario 27 d

Zebradanio

Apie autorius

Alanas Kaluevas – PhD, neurologijos, biologinės psichiatrijos ir neurofarmakologijos specialistas, profesorius ir vadovas. Biologinės psichiatrijos laboratorija, Transliacinės biomedicinos institutas, Sankt Peterburgo valstybinis universitetas; mokslinis Sotr. Uralo federalinis universitetas, Fiziologijos ir fundamentalaus medicinos institutas, SIBIRO skyrius, Rusijos mokslų akademija, profesorius, farmacijos fakultetas, Pietvakarių universitetas (Kinija).

Konstantinas Deminas – magistrantė Sankt Peterburgo valstybinio universiteto, tyrinėtojas eksperimentinės medicinos institute V. A. Almazovas iš Rusijos sveikatos apsaugos ministerijos.

Populiarus tarp akvariumų žuvų zebradanio (Danio rerioAnglų kalba zebrafishas), kuri pastaraisiais metais gavo savo pavadinimą iš dryžuotos spalvos, tapo veiksmingu genetikos, molekulinės biologijos, embriologijos, farmakologijos modeliu ir neseniai neurologijos moksliniu modeliu. Pirmą kartą amerikiečių biologas Džordžas Streisingeris 1960 m. Susipažino su šiuo organizmu kaip laboratoriniu objektu.

Zebradanio kaip modelio organizmo (t.y.organizmas, su kuriuo galite imituoti biologinius procesus) turi daug privalumų, įskaitant genetinės manipuliacijos patogumą, taip pat išorinę tręšimo charakteristika šioms žuvims, paspartėjęs vystymasis, didelis vaisingumas ir mažas dydis (apie 2,5-3,0 cm suaugusiesiems). Be to, jie yra nebrangūs ir labai lengva prižiūrėti ir atskiesti laboratorijoje (1 pav.).

Pav. 1. Zebradanio kaip pavyzdinis organizmas biomediciniuose tyrimuose

Pagrindiniai zebradanio organai vystosi per penkias dienas po apvaisinimo, o jau trys mėnesiai po gimimo, žuvys sugeba daugintis – visa tai rodo didelį organizmo išsivystymo lygį. Tuo pačiu metu zebradanio gyvena ilgiau nei pelėms (vidutiniškai nuo keturių iki penkerių metų nuo trijų). Todėl jie gali būti puikus ir ekonomiškas senėjimo biologijos tyrimo objektas.

Zebaradijos embrionai ir kepsniai yra skaidrūs, todėl mikroskopu galima atsekti įvairias vystymosi stadijas. Tai ypač svarbu optogeneziniam požiūriui, taip pat genetinės raiškos profilių vizualizavimui in vivo. Taip pat yra mutantinė linija Casper (casper), kuris yra permatomas net ir suaugusiesiems, o tai labai supaprastina genetinius, anatominius ir fiziologinius manipuliavimus su šiomis žuvimis.

Viena iš svarbių kaulų žuvų biologijos ypatybių yra ta, kad jie išgyveno papildomą genomo kopijavimą. Zebradanio tokie pasikartojantys genai gali būti arba funkciniai, ar ne, ir net atlikti naujas funkcijas, kurios nėra būdingos nukopijuotam genui. To paties geno kelių egzempliorių buvimas taip pat leidžia studijuoti Zebradanio išgydyti tuos genus, kurie gyvybiškai svarbūs žmonėms ir pelėms, ir yra jose pateikiami tik vienu egzemplioriumi.

Šiuo metu zebradanio genetika buvo labai gerai ištirta, o jų sekvenuotame genome yra 26,206 genas, koduojančių baltymus, įskaitant 71,4% ortologų (t. Y. Homogeninių genų filogenetiniu požiūriu susiskaldžiusių organizmų, išsiskyrančių specifiškumo metu) ir 82% genai, susiję su įvairiomis žmogaus ligomis. Farmakologinis poveikis ir tikslai taip pat yra labai panašūs (maždaug 85-90% sutampa zebradania, graužikai ir žmonės), nes aktyvus fermentų, kanalų ir receptorių vietų genetinis panašumas dažniau pasireiškia (2 pav.).Pavyzdžiui, gliukokortikoidų receptorių ligando susiejimo vietos visame asmenyje ir zebradanio yra 74% identiški, o pačių receptorių yra tik 50%.

Pav. 2 Visa zebradania nauda biomedicinoje viršija kitų tradicinių objektų – vaisių muselių ir pelių – naudingumą (pagal McCammono J. M. ir Sive H. Sprendžiant psichinės sveikatos organizmo genetiką //). Annu. Rev. Genomika Hum. Genet. 2015 m., T. 16, 173-197, su pakeitimais)

Zebradanio parodo didelį fiziologinį panašumą su asmeniu tokiose svarbiose sistemose kaip medžiagų apykaitos, kraujo donorystės, širdies ir kraujagyslių bei nervų sistemos. Toks didelis panašumas (homologija) leidžia naudoti zebradanio daugeliui praktinių užduočių, pavyzdžiui, sukurti eksperimentinius (gyvūninius) diabeto modelius, onkogenezę, vaskuliarizaciją ar infact, taip pat ekranus naujiems vaistams. in vivo. Žmonių neurocheminės sistemos ir zebradanio taip pat yra įspūdingi jų panašumai ir, nepaisant akivaizdžių centrinės nervų sistemos organizavimo skirtumų, zebradanio turi daug struktūrų, kurios funkciškai ir morfologiškai panašios į daugybę graužikų ir žmonių smegenų.

Šiandien zebradanio yra aktyviai naudojama neurobiologijoje dėl ryškios (ir tuo pačiu metu ir gana sudėtingos) tiek žuvies, tiek suaugusių žuvų elgesio.Pavyzdžiui, kaip ir žmonėms, zebradanio pasireiškia ryškus elgesio ir fiziologinio streso atsakas veikiant hormono kortizoliui. Dėl to aktyviai sukurtos nerimo-depresijos sutrikimų ir jų farmakologinės korekcijos modeliai, remiantis žuvų elgsena [1-6].

Tuo pačiu metu didelė zebradanio (daugiau nei 90% laiko, kurią jie praleidžia grupėmis), socialinė savijauta leidžia jiems naudoti genetiškai modifikuotus ir farmacinius autizmo modelius. Pastaraisiais metais ypač aktyviai buvo tiriama Zebradanio neurobiologija. Dėl to atsirado daug galimų smegenų ligų modelių – psichozės, hiperaktyvumo, pažinimo sutrikimų, toksidromų, epilepsijos ir neurodegeneracijos (Parkinsono ir Alzhaimerio), ir tapo įmanoma atlikti farmakologinių vaistų tinkamą gydymą.

Tyrimai, atlikti nuo 2008 m. Dėl zebradanio mūsų laboratorijoje, rodo, kad daugelis sudėtingų elgsenos ir psichologinių savybių, anksčiau priskiriamų tik labai gerai organizuotoms nervų sistemoms, yra gerai išvystyti ir pastebėti zebradanio.Taigi žuvys, kurioms būdingas ilgalaikis stresas, ne tik rodo nuolatinio nerimo elgesio raidą ir kitus nuotaikos sutrikimų požymius, bet ir įvairius biocheminius pokyčius, susijusius su nerimas ir depresija tiek žmonėse, tiek graužikams [1]. Pavyzdžiui, ilgalaikis stresas padidina streso hormono kortizolio lygį ir taip pat sutrikdo citokinų, svarbių imuniteto reguliatorių tiek žmonėms, ir graužikams, tiek zebradanio [1] pusiausvyrą. Svarbu, kad šie zebradanio reiškiniai būtų pašalinti, vartojant antidepresantus – vaistus, kurie sumažina streso poveikį klinikoje [1].

Antidepresantų poveikis mūsų laboratorijoje taip pat buvo svarstomas serotonino sindromo – patologinės būklės, kurią sukėlė serotonino antidepresantų "perdozavimas", kurį mes neseniai pirmą kartą aprašėme zebradanijoje [2, 3]. Tarp kitų rimtų smegenų ligų, susijusių su farmakologinių vaistų vartojimu, mes tyrėme zebradanio priklausomybę ir nutraukimo sindromą, kurie mūsų laikais tapo aktuali klinikine problema ir kyla tiek dėl piktnaudžiavimo narkotikais, tiek gydymo metu [4, 5].

Galiausiai mes aktyviai tiriame psichoaktyvių medžiagų poveikį Zebradan, įskaitant tokius galingus haliucinogenus kaip LSD, ketaminas, fencciclidinas, ibogainas, MDMA (ekstazis), salvinorinas A ir jų analogai [5-9]. Beveik visi iš jų zebradanio mus pirmą kartą išbandė pasaulyje. Visi tirti šio spektro vaistai pasireiškė ryškiu gebėjimu sukelti nenormalų elgesį Zebradanio ir fiziologinius atsakus, susijusius su žmogaus haliucinui būdingomis būsenomis. Šie tyrimai naudojant zebradanio yra labai svarbūs tiek ieškant naujų psichotropinių vaistų (atliekant efektyvias ir nebrangius bandymus su gyvūnais naujai sintetinėmis molekulėmis), tiek dėl naujų farmakologinių agentų (vadinamųjų toksidromų) sukelto žmogaus ligų eksperimentinių modelių kūrimo.

Naujausioje išsamiame tyrime, paskelbtame 2006 m Genomikos ir žmogaus genetikos metinė apžvalgaGalbūt labiausiai įtikinamai teigiama, kad zebradania yra naudinga šiuolaikinėje biomedicinoje (2 pav.). Jei mes palyginsime bestuburius (Drosophila), zebrarad žuvis ir pelkes – labiausiai paplitusius laboratorijų tyrimo objektus – pagal įvairius kriterijus, nuo jų biologijos panašumo į kitus organizmus iki eksperimentų su jais išlaidų, paaiškėjakad bendras zebradanio naudingumas viršija pelių ir vaisių muses. Deja, kaip zebradano modelis, jis tik pradeda "plaukti" į Rusijos laboratorijas.

Pav. 3 Straipsnių skaičius duomenų bazėje Pubmedas (nuo 2017 m. gruodžio mėn.) naudojant zebradanio (pagal šalis). Rusijoje (*) buvo paskelbta tik apie 100 straipsnių. Taškinė raudona linija rodo bendrą dinamiką pastaraisiais metais pastebimo publikacijų apie zebradanio skaičiaus padidėjimą. Pjetinė diagrama rodo normalizuotą publikacijų skaičiaus padidėjimą per pastaruosius 10 metų įvairiems modelio objektams. Atkreipkite dėmesį, kad tai zebradania, kuri rodo didžiausią augimo dinamiką tarp visų kitų modelių organizmų biomedicinoje (remiantis Prof. A. Kaluevo ataskaita, pateikta Sankt Peterburgo valstybinio universiteto akademinėje taryboje 2017 m. Rugsėjo 25 d., Žr. Internete).

Visų pirma nuo daugiau nei 30 tūkstančių biomedicinos straipsnių apie zebradanio Pubmedas Šiandien Rusija sudaro tik apie šimtą leidinių (3 pav.). Nepaisant to, pastaraisiais metais padėtis šiek tiek pasikeitė, nes vandens laboratorijos jau buvo įsteigtos pagrindiniuose Rusijos universitetuose (Sankt Peterburgo valstybinis universitetas, Maskvos valstybinis universitetas, Uralo federalinis universitetas) ir šalies akademinės institucijos.Mūsų nuomone, labai tikslinga toliau aktyviai dirbti Rusijoje dėl zebradanio įvedimo į pažangius mokslinius tyrimus biologijos ir medicinos srityse.

Literatūra
1. Song C. ir kt. Neprognozuojamo streso pasekmių modeliavimas sebraose: sudėtingas poveikis elgesiui ir fiziologijai // Prog. Neuropsichofarmacol. Biol. Psichiatrija, 2018. 81. p. 384-394.
2. Kolesnikova, T. O., et al. Serotonino toksiškumo sindromas panašus fenotipas, sukeltas su amitrariptino, triciklio serotonino / noradrenalino reabsorbcijos inhibitoriaus poveikiu suaugusiems zebrafishams, // 8-asis "Stresas ir elgesys", ISBS konferencija, 2016, p. 27-28.
3. Stewart A. M., et al. Zebrafisho serotonino sindromo eksperimentinių modelių perspektyvos // Neurochem. Int., 2013. 62 (6). 893-902 p.
4. Cachat J., et al. Zebrafisho nutraukimo sindromo modeliavimas Behav. Brain Res., 2010. 208 (2). 371-376 p.
5. Stewart A. ir kt. Zebrafisho modeliai, skirti tirti su narkomanija susijusius fenotipus // Rev. Neurosci., 2011. 22 (1). P. 95-105.
6. Grossma L., et al. LSD elgesio ir endokrininio poveikio charakteristikos jūrų paukščiams // Behav. Brain Res. 214 (2). 277-284 p.
7. Riehl R., et al. Ketamino ekspozicijos elgesio ir fiziologinis poveikis suaugusiems zebras Neurotoksikolis. Teratolis., 2011. 33 (6). P. 658-667.
8. Cachat J., et al. Unikalus ir stiprus poveikis zebrafishui dėl haliucinogeninių vaistų tyrimų Behav. Brain Res.2013. 236 (1). 258-269 p.
9. Stewart A. ir kt. MDMA ("ekstazio") elgsenos poveikis suaugusioms zebras Behav. Pharmacol., 2011. 22 (3). P. 275-280.


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: