Болезни растут, как на дрожжах
Человеческие болезни начали изучать на дрожжах и растениях
Алексей Тимошенко, GZT.RU
Изучать болезни человека можно не только на животных, но и на растениях и даже дрожжах. Биологи представили обзор, посвященный необычным методам исследования болезней.
Журнал Proceedings of the National Academy of Sciences выложил в свободный доступ обзорную статью (Kriston L. McGary et al., Systematic discovery of nonobvious human disease models through orthologous phenotypes), подготовленную биологами из Университета Техаса (США). Исследователи рассматривают в ней так называемые модельные организмы, при помощи которых можно изучать природу различных заболеваний, причем исследования проводились не на уже привычных трансгенных мышей, а на растениях и дрожжах.
Пороки развития и растения
Казалось бы, чтобы исследовать причины человеческих болезней, необходимо работать непосредственно с больными. Однако если набрать в поисковой системе PubMed словосочетание Alzheimer disease («болезнь Альцгеймера»), то мы увидим, что в немалой части работ объектом исследования выступали мыши, а не люди. Аналогичные результаты дадут и многие другие болезни.
Дело в том, что многие болезни и врожденные расстройства связаны с неправильной работой генов, которая приводит к дефициту или избытку определенных белков, нарушению их нормального функционирования и, как следствие, к сбоям на уровне всего организма. И если взять мышь, лишить ее определенных генов или встроить в ее организм новые гены, предположительно связанные с развитием болезни, то по состоянию грызуна можно будет определить генетическую основу заболевания.
На человеке такие эксперименты, естественно, невозможны – как с этической, так и технической точки зрения. А мыши быстро размножаются, сравнительно просты в содержании, и их геном уже давно научились изменять в ту или иную сторону. С этической точки зрения вопросов к опытам на мышах куда как меньше, чем в случае с экспериментами на обезьянах, тем более что от одной зарезанной в лаборатории мыши пользы человечеству будет больше, чем от сотни потравленных городских грызунов в подвалах.
Но если известно, что определенные гены могут быть причиной тех или иных нарушений, то что мешает исследовать их и в других организмах? Этот вопрос медики и биологи задавали себе практически с самого появления генной инженерии, причем не впустую – на сегодняшний день существуют даже растения, призванные помочь в понимании врожденных дефектов развития.
Например, синдрома Ваарденбурга – редкого заболевания, которое характеризуется врожденной глухотой и деформацией костей черепа. Такое нарушение возникает из-за сбоя в работе генов, управляющих миграцией клеток во время эмбрионального развития, а так как миграция клеток – процесс достаточно универсальный, то его можно изучать едва ли не на любом сложном многоклеточном организме. В том числе и на арабидопсисе, известном как резуховидка Таля (Arabidópsis thaliána).
У этого растения, ценимого ботаниками за сравнительную простоту генома и быстрый рост, человеческий ген, заподозренный в развитии синдрома Ваарденбурга, также вызвал нарушение развития. Растение не могло правильно сориентироваться в поле тяжести.
Имея быстрорастущий многоклеточный организм, который воспроизводит интересующую ученых болезнь, можно попытаться бороться с ней за счет воздействия на другие гены.
Эмбрионы шпорцевой лягушки:
слева – нормальный, справа – мутант, на котором изучают пороки сердца у людей.
На фоне резуховидки Таля, помогающей биологам понять врожденную глухоту, призванные выяснить причину пороков сердца эксперименты с лягушками Xenopus уже особо и не впечатляют. Другое дело – использовать дрожжи для изучения синдрома Зельвигера, редкого наследственного заболевания, при котором наблюдается целый букет расстройств, от увеличенной печени до нарушений зрения.
Достаточно одной клетки
Разнообразнейшие синдромы, проявляющиеся при синдроме Зельвигера и еще некоторых заболеваниях, были сведены учеными к сбою на внутриклеточном уровне. Исследования показали, что у пациентов нарушена работа пероксисом (микроскопических пузырьков с ферментами), при помощи которых клетка проводит ряд окислительных реакций.
Раз корень проблем лежит внутри отдельных клеток и к их взаимодействию отношения не имеет, то может быть проблему можно воспроизвести и вовсе на одноклеточных организмах? Зачем делать мутантных мышей, когда можно обойтись, например, дрожжами? Примерно так рассуждали биологи, после чего даже дрожжи присоединились к числу модельных организмов. К примеру, на них теперь исследуют боковой амиотрофический склероз, заболевание, вызвавшее паралич у знаменитого астрофизика Стивена Хокинга.
Впрочем, необходимо все же сделать пояснение: на модельных организмах чаще всего проверяют гипотезы возникновения болезни. Окончательный подбор лекарств, разработка новых методов операций – все это требует либо более крупных животных либо непосредственно клинических испытаний. Но первичные медицинские исследования теперь могут проводиться в лабораториях, где нет не только пациентов, но и привычных нам животных вроде мышей, крыс или кроликов.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
08.04.2010