Эксперимент должен повториться

Марина ШАБАНОВА

Первый в России Центр генетических ресурсов создаётся сегодня в новосибирском Академгородке на базе ЦКП «SPF-виварий» Института цитологии и генетики СО РАН. Журналистам газеты «Ведомости» повезло побывать здесь до того, как центр заработает на полную мощность и основные его помещения будут окончательно закрыты для посетителей.

Мыши — не только наше всё

Геном мыши на 95 процентов совпадает с человеческим. И несмотря на то, что свиньи и обезьяны генетически ещё ближе к человеку, именно мыши остаются главными объектами исследований современной генетики, и в первую очередь из соображений экономии — затраты на их разведение и содержание существенно ниже. Как ни парадоксально это звучит, но здоровье человечества сегодня во многом зависит от условий, в которых содержатся лабораторные мыши, и исследований, которые проводят учёные с их помощью.

— Со времён Гиппократа известно, что нужно лечить не болезнь, а больного. Но мы продолжаем вкладывать огромные деньги в фармакологию. При этом эффективность лечения даже самыми современными препаратами, по некоторым данным, не превышает 60 процентов, а негативные побочные эффекты наблюдаются примерно у трети пациентов, — говорит доктор биологических наук, профессор, заведующий отделом генофондов экспериментальных животных, научный руководитель ЦКП «SPF-виварий» ИЦиГ СО РАНМихаил Мошкин. — И здесь на первый план выходят генные биотехнологии, которые во всём мире продвигаются гигантскими темпами. Через пять-шесть лет получить персональный геном сможет любой человек со средним достатком. Сегодня идёт накопление информации о влиянии отдельных генов на предрасположенность людей к определённым болезням. И вот тут на помощь приходят лабораторные животные: на них определяются ключевые биологические мишени, на которые нужно воздействовать для лечения больного, целенаправленно выключаются, или нокаутируются, отдельные гены, отвечающие за развитие болезней.

Если учесть, что наследственно обусловленных болезней обнаруживается всё больше и больше, а вариантов этих болезней столько, сколько самих пациентов, работа предстоит большая. И открытия могут быть самые неожиданные. Японские учёные, занимающиеся развитием генно-инженерных методов, например, обнаружили этническую особенность такого заболевания, как ревматоидный артрит. Занимался этой работой друг Михаила Павловича, профессор Токийского университета господин Ивакура с коллегами. Им стало любопытно, почему среди страдающих ревматоидным артритом часто встречаются носители ретровируса HTLV-I.

— Японские коллеги встроили в геном мыши этот самый ретровирус, и она действительно со временем стала болеть артритом. А дальше, используя варианты этих мышей, японские учёные убедительно показали, что наиболее распространённое сегодня у европейцев лекарственное средство, для большинства японцев оказывается малополезным, потому что артрит, который развивается у них, имеет другие механизмы, — поясняет Михаил Мошкин. — Но это только одна болезнь, а их огромное количество. Япония — один из мировых лидеров по уровню здоровья и жизни людей. Сегодня у них в лабораториях ежегодно ставятся опыты на 200 миллионах мышей, более 150 миллионов трансгенных мышей используется для того, чтобы расшифровывать самые разные причины болезней людей.

Без патогенов

Вивариев (от латинского vivus — «живой»), или помещений для содержания и разведения лабораторных животных, в России немало. Но таких вот, с мудрёной приставкой SPF, — всего шесть, включая самый известный питомник лабораторных животных Института биологической химии РАН в Пущино. SPF (Specific Pathogen Free) — международный стандарт, который означает, что животные содержатся в условиях отсутствия патогенов — микроорганизмов, вызывающих различные инфекционные заболевания, иными словами, в «чистых» условиях. Именно такой формат установлен во всём мире для проведения доклинических испытаний лекарственных разработок.

Идея строительства SPF-вивария в ИЦиГ СО РАН витала давно, начато оно было в 2005 году и сопровождалось таким количеством перипетий, что в пору об этом писать книгу.

Отдельными главами в неё могли бы войти выбивание нужной суммы, выделенной впоследствии Министерством экономического развития РФ в размере 320 миллионов рублей; поиски и заказы специального, часто уникального оборудования — от магнитно-резонансного томографа для лабораторных животных (кстати, самого мощного в России — 11,7 Тесла, 40—50 микрон/пикселей, что позволяет рассмотреть даже клетки) до МОПов — систем для мытья полов в стерильных помещениях; и, наконец, отдельная глава о работе вивария в течение первого года после торжественного открытия в марте 2010-го.

— Пока ещё здание работает не на полную мощность. По правилам, год положен на обкатку оборудования и систем. Отрабатываем технологии, решаем какие-то проблемы, которые вскрываются, и работаем с животными, — рассказывает заведующий ЦКП «SPF-виварий» Василий Напримеров, в сопровождении которого мы совершаем эту экскурсию.

Устройство SPF-вивария, рассчитанного на ежедневное содержание 80 тысяч стерильных животных, — целая наука, которую его создатели постигали на примере уже существующих международных ресурсных центров, используя собственный творческий подход. Оба этажа, где содержатся животные, — исследовательский и разведенческий — сопровождают технические этажи. Здесь размещаются системы подачи воздуха с подогревом, вентиляцией и трёхкратной фильтрацией, парогенераторы — влажность в помещениях с животными должна поддерживаться на уровне 40—60 процентов. В «чистые» помещения воздух подаётся с избыточным давлением на 10 Па выше обычного — это для того, чтобы «выдавить» оттуда просочившиеся через трёхкратные барьеры микробы.

Всё оборудование, включая клетки, корма, подстилку, спецодежду, швабры и тряпки, проходит через моющий стерилизационный блок и поступает в «чистые» помещения только после обработки в специальном автоклаве или шлюзе с ультрафиолетовым излучателем. Сложную систему сохранения стерильности поддерживают и клетки для животных: герметично закрытые, они имеют специальные клапаны и фильтры. Что касается людей, сотрудники, приходя на работу, надевают специальную одежду, поднимаются на нужный этаж, проходят санпропускник, где принимают душ с физраствором.

— Человек наносит специальное моющее вещество (гипоаллергенное, поскольку во всём мире это отработанная практика — здоровье людей научились ценить), выдерживает две минуты, чтобы погибли микробы, и смывает всё это с себя. Затем надевает стерильный костюм и через воздушный шлюз (с полной откачкой воздуха и закачкой нового) отправляется в «чистую» зону. Находиться в таком костюме больше четырёх часов нельзя, потому что по сути это сравнимо с посещением сауны. Каждый день долго пребывать в сауне — не безопасно, так что время работы в «чистой» зоне строго регламентировано, — посвящает нас в тонкости условий труда Василий Анатольевич.

Кстати сказать, если у сотрудника кто-то из домашних заболевает элементарной простудой или кишечным расстройством, он обязан сообщить об этом, и его освободят от работы в «чистой» зоне. Это правило распространяется и на технических работников, а их в виварии большинство — 15 из 21, что для такого сложно устроенного здания вполне объяснимо.

В «чистые» комнаты, где уже содержатся животные, нас не пустили. Показали только вид сверху — с технического этажа через специальный люк, один из тех, через которые инженерные службы меняют лампочки в «чистых» помещениях, не посещая их. Так, через люк, изолированный стеклом, мы увидели зону карантина с клетками «сереньких» (как зовут здесь крыс). В этот день с ними работала зоотехник-селекционер Ольга Григорьевна Привалова.

— У нас в институте есть линия ручных крыс и линия агрессивных. Это была идея Дмитрия Константиновича Беляева, директора института в то время. Так в начале 70-х годов Павел Михайлович Бородин и Людмила Николаевна Трут занялись селекционным отбором обычных серых крыс пасюков, им хотелось понять, почему одни люди добрые, а другие — агрессивные, — рассказывает Василий Напримеров. — Так вот, они стали их тестировать, отделять агрессивных от более добродушных. С 1989 года этой работой занялась Ирина Фёдоровна Плюснина, и на сегодняшний день уже получено 76 поколений, из них инбредных (или близкородственных) 12 поколений ручных (они, кстати, даже на ощупь более мягкие) и восемь поколений агрессивных крыс. Дело в том, что линия считается сложившейся только тогда, когда 20 поколений получены путём близкородственного спаривания (инбридинга), а это очень непросто, потому что часто даёт дефекты (плодовитость снижается, случается отход молодняка), тем не менее, к этому нужно стремиться. Потому что именно линейные животные наиболее идентичны друг другу. С ручных крыс мы и начали переселение институтских линий в «чистую» зону.

Уникальные линии животных, созданные в институте цитологии и генетики, — мыши и крысы с болезнями глаз, врождённой артериальной гипертонией и другими особенностями вызывают интерес зарубежных коллег, но поскольку выращены они были в «грязных» условиях старого вивария и соответственно могут быть заражены видоспецифичными микроорганизмами, эксперимент сложно повторить.

Любой эксперимент, который проводится на лабораторных животных, должен иметь возможность быть повторённым в любой точке нашей планеты. SPF-виварий предполагает создание абсолютно стандартных условий, какие уже существуют в подобных вивариях Германии, Австралии, США.

Криобанк эмбрионов

На первом этаже SPF-вивария разместились криобанк и лаборатория репродуктивных технологий, которая решает разные задачи, в том числе и редеривации (или освобождения от патогенной микрофлоры уникальных линий животных), полученных путём многолетней селекции в Институте цитологии и генетики СО РАН в статус «беспатогенных». Всего в Институт цитологии и генетики выведено 20 генетических линий собственной селекции: 15 генотипов мышей и 5 — крыс. Однако сейчас они находятся в старом виварии, в так называемых конвенциональных условиях, то есть потенциально они могут быть заражены самыми различными, в том числе вирусными заболеваниями. Задача стоит не простая — перевести их (по сути — «грязных»), в «чистую» зону SPF. Животные поступают в новый виварий через специальное окно первого этажа, в лаборатории из них получают эмбрионы, здесь же происходит отмывка эмбрионов в стерильных средах с целью освобождения их от микробов и вирусов. Затем у этих эмбрионов два пути — их либо трансплантируют подготовленным самкам-реципиентам SPF- статуса, либо замораживают для хранения в криобанке.

— Возьмём гипертонию — патологию, которая касается многих людей, особенно пожилых. Для того чтобы понимать её механизмы, нужно создать модель. Мой руководитель Аркадий Львович Маркель, заведующий лабораторией эволюционной генетики, создал такую уникальную линию крыс — модель гипертонической болезни человека, — говорит Сергей Амстиславский, руководитель сектора криоконсервации и репродуктивных технологий ИЦиГ. — Таких линий в мире всего несколько. Немцы, когда я привёз этих гипертензивных крыс в Германию, были очень заинтересованы именно нашей линией, полученной в Институте цитологии и генетики СО РАН.

Две ёмкости с жидким азотом и две — собственно хранилище эмбрионов, плюс замораживатель и размораживатель — это весь комплекс оборудования криобанка. При этом совершенно фантастические возможности, ведь речь идёт о сохранении эмбрионов не только базовых линий лабораторных животных, но и редких исчезающих видов, таких, как например, амурский тигр или дальневосточный леопард. «Допустим, где-то погибла самка амурского тигра, можно извлечь яичник и заморозить его кусочки. Яйцеклетки можно получить также и с помощью пункции яичников, как это делают на коровах. Сейчас вот группа из трёх наших сотрудников поедет в Германию на стажировку по теме кошачьих. Там действует европейский криобанк исчезающих видов. И они очень заинтересованы, чтобы в России был такой центр, который они могли бы включить в свою сеть. Это очень перспективное направление — пересадка срезов яичников безиммунным мышам и получение эмбрионов исчезающих видов», — поясняет Сергей Яковлевич.

К Амстиславскому поступают и более практичные предложения, к примеру, по созданию генетического банка элитных коров, что на Западе давно уже взято на вооружение. «Вы привозите из Голландии или Германии эмбрионы от лучших коров и через пару лет имеете стадо производительностью 9—10 тысяч молока в год. И сельское хозяйство перестаёт быть убыточным! Но, к сожалению, ввезти эмбрионы по нашему законодательству мы пока не можем, так как законодательная база для импорта эмбрионов крупного рогатого скота не обновлялась с 1999 года и устарела, что создаёт формальные проблемы: надо, чтобы коровы-доноры, от которых будут получать эмбрионы для отправки в Россию, совершенно ничем не болели, не вакцинировались и прочее — таких стад в мире практически нет», — говорит Сергей Амстиславский.

Хранить эмбрионы при температуре минус 196°С можно сколько угодно. В имеющемся хранилище сибирского криобанка можно разместить десятки тысяч генотипов животных. Сотрудник криобанка с соответствующей фамилией Никита Морозов специально для нас извлекает из хранилища полупрозрачные разноцветные стаканчики (контейнеры) с множеством «соломин» — в каждой по 10—15 эмбрионов. Жидкий азот льётся как вода, при этом парит и стелется по полу. При необходимости соломину вынимают, опускают в водяную баню и при температуре плюс 38° С в течение 10 секунд размораживают. Процесс замораживания значительно сложнее, и аппарат соответствующий — стоимостью 10 тысяч евро.

— Вырастить специалиста в области репродуктивной биологии, эмбриотехнологии очень сложно. Нет таких специальностей в наших учебных заведениях. Во многих странах Европы и Америки такие специальности существуют. У меня есть сотрудники на временных ставках, которые очень хорошо справляются со своим делом, но я не могу взять их в штат к уже имеющимся двум, — сетует Сергей Яковлевич.

Штат и бюджет SPF-вивария — настоящая головная боль руководства самого института. Расходы по содержанию уникального помещения тяжким бременем легли на ИЦиГ, а это при полной нагрузке ни много ни мало 68 миллионов рублей в год. И до тех пор, пока не определён государственный статус, пока не получена аккредитация, проблема эта так и будет висеть в воздухе.

— У нас очень активный, я бы сказал харизматичный, директор института — академик Николай Александрович Колчанов. Он неоднократно озвучивал идею создания на базе ЦПК «SPF-виварий» и создаваемого нами криобанка первого в России национального центра генетических ресурсов лабораторных животных. Ему удалось закупить базовый комплекс оборудования. И если у него получится пробить идею центра, наши проблемы решатся, но надо дожить до этого светлого будущего, нужно, чтобы его услышали те, от кого зависит решение вопроса, — говорит Амстиславский.

Белые одежды

В середине прошлого века, когда генетика в нашей стране была заклеймена и названа лженаукой, здесь, в Новосибирске, собирались гонимые последователи Менделя и Вавилова. Об этом повествует известный роман Владимира Дудинцева «Белые одежды».

Возрождение отечественной генетики — науки о законах и механизмах наследственности и изменчивости — тесно связано с созданием Института цитологии и генетики СО РАН в 1957 году. Гонения на отечественную генетику, длившиеся почти четверть века, не прошли бесследно. Несмотря на то что сибирский ИЦиГ приобрёл международную известность, и по сей день достойно подтверждает свой бренд, Россия пока серьёзно отстаёт в развитии генных технологий.

— Сейчас мы пытаемся не выпасть из общей мировой обоймы. Можно, конечно, задаться вопросом: а стоит ли догонять, если мы так сильно отстали? Стоит, потому что целый ряд научных направлений получит толчок в развитии — фундаментальная биология, биомедицина, фармакологическая биотехнология, нанобезопасность, — говорит Михаил Мошкин. — Вспомним пример с японцами: очевидно, что лечение болезней приобретает специфические этнические черты. Наши этносы тоже имеют свою специфику и её роль в развитии болезней нужно изучать.

Новосибирский SPF-виварий первым в России получил статус Центра коллективного пользования. Среди его потенциальных пользователей — учёные институтов СО РАН и сибирских отделений медицинской и сельскохозяйственной академий наук, а также НГУ и других университетов, наконец, фармакологические фирмы. К концу этого года в SPF-виварии ждут пополнения клеточного оборудования. Но уже сегодня, имея всего пять процентов необходимого числа клеток, ЦКП «SPF-виварий» работает по интеграционным проектам. В одном из них принимает участие 15 организаций — институты СО РАН и СО РАМН. Речь идёт об испытаниях лекарственных и профилактических средств. Ведутся переговоры с Дальневосточным отделением РАН по совместным испытаниям адаптогенов. Интересный проект связывает SPF-виварий с институтом нефтегазовой геологии — изучение летучих соединений, выделяемых организмом и много «говорящих» о его состоянии. Потоки воздуха в носу и лёгких — другой проект, который связан с интересами института теоретической и прикладной механики: на примере слепушонки обыкновенной, нос которой устроен по принципу водяного фильтра, изучается приспосабливаемость организма жить в пыли.

— Примеров интеграции может быть неограниченное количество. Но для развития конкурентоспособной отечественной науки нам необходимо создавать современный центр генетических ресурсов. И решение этой сверхважной задачи трудно представить без мощной поддержки государства, заинтересованного в поддержании здоровья нации, — говорит Михаил Мошкин.

Источник: Ведомости