В Сибири создают Центр генетических ресурсов
В Новосибирске начал работу первый в России SPF-виварий с мощным томографом и лабораторией репродуктивных технологий. Стоимость корпуса здания без учёта оборудования составила 320 миллионов рублей (примерно во столько же обойдётся приборная база). О перспективах, которые открыл дорогостоящий проект российской генетике, рассказывает завотделом генофондов экспериментальных животных Института цитологии и генетики (ИЦиГ) СО РАН, доктор биологических наук Михаил Мошкин.
«Лёгкие» SPF-вивария: система воздухоподготовки — очистка, увлажнение и подогрев
Руководитель отдела генофондов экспериментальных животных ИЦиГ СО РАН, доктор биологических наук Михаил Мошкин — автор концепции Центра генетических ресурсов
Сверхвысокопольный томограф BioSpec 117/16 с рекордной разрешающей способностью
– С живым организмом, из-за того, что он невероятно сложно устроен, исследователь всегда вынужден работать как с «чёрным ящиком», – поясняет Михаил Мошкин. – Мы воздействуем на него с помощью изменений среды, фармпрепаратов или манипуляций с генами и получаем «на выходе» некий результат, объяснить который стоит массы усилий даже при подробном наблюдении происходящих в организме процессов. Если же добавить к этой задаче экспериментальный «шум» в виде гепатита, пневмонии, мышиной оспы, то выводы могут оказаться далеки от истины. Мы даже в полевых условиях оборудовали помещения c кондиционерами и регулируемым фотопериодом.
Стандартизация микроклимата не требует больших затрат. Гораздо труднее оградить лабораторных животных от паразитов, инфекций и вирусов. В SPF-виварии они свободны от присущих им патогенных микроорганизмов.
Их отсутствие (обозначается термином Specific Pathogen Free (SPF)) давно стало мировым стандартом и базовым требованием к экспериментальным животным. Ведь именно от этого зависит чистота эксперимента, будь то испытание лекарственного агента, изучение влияния изменений в определённых генах на поведение, состояние организма, течение заболевания или другие научные исследования. В частности, журнал Nature Biotechnology подверг резкой критике статью доктора биологических наук Ирины Ермаковой из Санкт-Петербурга о вреде генетически модифицированной сои, указав на отсутствие необходимой аккредитации лаборатории, где проводились исследования, и на целый ряд серьёзных погрешностей её экспериментов на крысах. Выяснилось, например, что контрольная группа, которая не получала в пищу «вредную» сою, имела всего по 6 детёнышей против обычных для этих животных 12-ти, что говорит о проблемах со здоровьем.
Подобная ситуация до недавнего времени существенно снижала надёжность исследований ИЦиГ СО РАН по оценке безопасности одного из перспективных для промышленности нанопорошков. Основной орган, подвергающийся воздействию нанопорошка, – лёгкие, в которых развиваются воспалительные процессы. При этом в обычном виварии количество мышей с пневмонией в среднем составляет от 10 до 30 процентов. Можно ли верить результатам эксперимента, проведённого на таком генетическом материале?
Справка STRF.ru: Лабораторные животные в SPF-виварии ИЦиГ СО РАН находятся в двух барьерных зонах, куда воздух подаётся с избыточным давлением (на 10 Па выше обычного), пройдя предварительную тройную фильтрацию. Избыточное давление защищает внутреннюю среду барьерной зоны от случайного попадания извне микроорганизмов. Для перевода в статус SPF уникальных генетических линий, полученных в ИЦиГ СО РАН и других учреждениях РФ, в виварии организуется служба ре-деривации (освобождение от патогенной микрофлоры) конвенциональных животных (условно разрешённые для работ, но не проходящие по GLP-стандарту). В настоящее время в ИЦиГ СО РАН имеется 20 уникальных линий собственной селекции: 15 генотипов мышей и 5 генотипов крыс.
Ни одна прикладная разработка не может быть реализована за пределами РФ без соответствия стандартам условий доклинических испытаний и оценок биобезопасности. Из 49 российских учреждений, где разрешены доклинические испытания лекарственных агентов, полное соответствие стандарту Good Laboratory Practice (GLP) до недавнего времени было обеспечено только в Пущинском научном центре, который регулярно выполнял заказы из Европы и США. Около полугода назад открыт построенный по стандартам GLP виварий Института физиологически активных веществ РАН в Черноголовке. Равнение на мировые стандарты начинают держать и другие лаборатории, что крайне важно для подъёма фармацевтической промышленности.
Необходимость SPF-вивария для прикладных исследований по фармакологии – всего лишь вершина айсберга. Прежде всего, он нужен для фундаментальных научных работ, в ходе которых, как правило, и происходят революционные открытия. После того, как был расшифрован геном человека, произошёл огромный прорыв в методах генной инженерии. Количество генетических линий экспериментальных животных во всём мире стремительно растёт, расширяя возможности учёных по активации или, наоборот, «выключению» различных генов для подробного изучения генетически обусловленных патологий и подбора в каждом случае действенного лечения. Ведь одни и те же заболевания, например, гипертония, ожирение и ряд других, могут быть вызваны совершенно разными причинами, и чтобы лечить не симптом, а саму болезнь, необходимо чётко проследить её происхождение. Количество генотипов лабораторных животных, по прогнозам Nature, в ближайшие 10 лет достигнет 300 тысяч.
Максимальный возможный объём производства лабораторных животных в SPF-виварии ИЦиГ СО РАН – 80 тысяч особей. Но главное не поголовье, а возможность быстро получить конкретную экспериментальную модель с необходимой для проведения исследования мутацией или другими генетическими особенностями. Для этого в SPF-виварии создаётся криопортал для получения, хранения и воспроизведения с помощью трансплантации суррогатной матери замороженных эмбрионов, нужных экспериментаторам генетических линий.
Технологии криоконсервации дают исследователям практически неограниченные возможности работы с генетическим материалом и доступ к мировым архивам лабораторных животных.
Справка STRF.ru: Количество научных публикаций в мире по трансгенным мышам составляет более 120 тысяч. Выведением, хранением, воспроизведением и поставкой генетических линий лабораторных животных занимается международная ассоциация FIMRe, в которую входят более 20 центров и лабораторий генетических ресурсов в США, Европе, Японии, Китае и Австралии. Производство лабораторных животных – одна из самых динамичных отраслей животноводства в мире: на сегодняшний день объём продаж только в компании Charles River превышает 1,5 миллиарда долларов
– Веским доказательством того, как остро был необходим этот проект, может служить большое количество обращений к нам с просьбой предоставить различные генетические линии мышей, – говорит Михаил Мошкин. – В НИИ травматологии и ортопедии от нас уже ждут мышей с врождённым нарушением формирования позвоночного хряща. По просьбе специалистов Курчатовского научного центра я запросил в Японии список линий мышей с репортерными генами, которые производят флуоресцирующие белки, сигнализируя этим об активации гена, за которым ведётся наблюдение. Репортерные гены дают подробную «цветную» картину происходящих в организме процессов на клеточном уровне. С её помощью учёные обнаружили, что клетки плода не только проникают в организм матери во время беременности, но и помогают ей бороться с некоторыми заболеваниями, работая как дополнительный ресурс стволовых клеток для восстановления поражённых органов.
Трансгенная мышь может служить не только объектом и инструментом исследования, но и звеном в технологическом производстве. В частности, с помощью замены гена, вырабатывающего иммуноглобулин у мыши, на аналогичный человеческий ген – можно производить специфические антитела, необходимые для профилактики и лечения многих заболеваний. Для Сибири, в частности, крайне важно иметь антитела против клещевого энцефалита. Мышей часто используют как удобный объект для отработки технологий создания трансгенных сельскохозяйственных животных, например, коз или коров, содержащих в своём молоке терапевтически ценные белки человека. В 2007 году учёные России и Белоруссии получили трансгенных коз с геном лактоферрина, в молоке которых содержится этот ценнейший компонент женского молока.
Впрочем, российский гений представил трансгенную мышь и в непривычном качестве, используя её для получения крупного финансирования от правительства. Так, директор Курчатовского научного центра Михаил Ковальчук успешно продемонстрировал президенту России Дмитрию Медведеву действие флуоресцирующего зелёного гена, сигнализирующего об активации другого гена: голова мыши вспыхивала зелёным, когда она «задумывалась», принимая решение, куда ей дальше двигаться.
Ответ на вопрос, куда дальше двигаться генетическим исследованиям с появлением SPF-вивария, у учёных затруднений не вызывает. Однако возможности научных исследований ограничены не только материально-технической базой, но порой и стандартными методами работы исследователей.
– Принято считать что, за конкретные процессы отвечают конкретные гены, однако это верно лишь отчасти. В генетике много непредсказуемого, требующего определённой широты подхода, – поясняет Михаил Мошкин. – Например, генетические исследования перхоти Чикатило, представленные в научно-популярном фильме «Гены против нас», показали, что с генами, отвечающими за поведение, у него всё нормально. Сами-то гены в порядке, но ведь их работа регулируется целым набором других генов.
Вместе с японскими коллегами я наблюдал, как мыши с «отключённым» геном, отвечающим за иммунитет, буквально рвут друг друга в клочья.
Откуда такая агрессия? Как любая информация, ген приобретает какое-то значение лишь после его считывания. Важно изучать, как именно он считывается, как продукты «считывания» различных генов влияют друг на друга.
В последние годы появилось много инструментов для исследования живого организма. Магнито-резонансная ангиография с применением контрастного вещества, трёхмерная МРТ и функциональная томография позволяют не только видеть изображение организма животного в срезе, но и наблюдать процессы, проистекающие в его различных системах и органах, и, в частности, визуализировать процесс активации нейронов головного мозга. Разрешающие возможности изображения установленного в Новосибирском SPF-виварии магнито-резонансного томографа BioSpec 117/16 (производства германской фирмы Bruker, мощностью 11,7 Тл и стоимостью 200 миллионов рублей) почти в сто раз превосходят имеющееся в России аналогичное оборудование. Таких томографов во всём мире несколько штук.
Томографический комплекс на базе SPF-вивария формируется как совместная межинститутская лаборатория МРТ СО РАН и ИЦиГ СО РАН. Исследования SPF-животных и проведение пробных работ по ре-деривации генетических линий с использованием томографа планируют начать в ближайший месяц. Сотрудники ИЦиГ СО РАН, привлечённые к работе в новом виварии, прошли обучение в питомнике лабораторных животных «Пущино» и в Технологическом университете Куопио в Финляндии и получили сертификаты, разрешающие работать с SPF-животными.
Источник: Наука и технологии России | Новости в мире науки, образования, научно-исследовательские работы, конференции, семинары, гранты. Нанотехнологии, биотехнологии