С января 2023 года у Образовательном центре «Сириус» реализуется общеобразовательный модуль по биологии, посвящённый рыбам Danio rerio. В рамках модуля учёные университета «Сириус» рассказывают, что общего у человека и рыб на генетическом уровне, как наши гены влияют на поведение и каким образом можно их изменить, а также рассказывают, как рыбы помогают лечить людей.
Участники программы «Журналистика и медиа» успели пройти курс и подготовить материал для Альманаха литературного творчества.
Софья Корнева
Daniorerio: как маленькую рыбку используют в большой науке
Немного о рыбке
Daniorerio, она же зебрафиш и зебраданио – маленькая рыбка (всего 2.5 – 4 см!) из пресноводных водоемов Южной Азии. Имеет ярко-синие полосы – за что и получила свое название. Ее используют как в декоративных целях (аквариумная рыбка), так и в науке, о чем пойдет речь дальше.
История полосатой рыбки в науке
История маленькой зебраданио в биологии и медицине началась с исследований, относящихся к эмбриологии и генетики. Дело в том, что рыбка быстро развивается (путь от икринки (яйца) до малька (личинки) занимает всего три дня), а ее эмбрионы прозрачны – поэтому ученым так удобно наблюдать за ее ростом. Также на зебраданио ученые уточняют функции тех или иных генов. Многие из них есть и у человека, поэтому это может помочь генетике сделать большой шаг вперед.
Затем на рыбках начали тестировать противоопухолевые препараты и лекарства, призванные бороться со многими тяжелыми заболеваниями.
О схожести с человеком
Все это возможно потому, что у зебраданио и человека сходство генов составляет целых 70%! Исследователи могут выводить мутантные линии с опухолями или заболеваниями и изучать на них новые препараты, а так как рыбки стоят относительно недорого и их много, то результаты можно получить очень быстро и на большом количестве особей.
Об использовании в трансляционной медицине и нейробиологии
Теперь стоит сказать об использовании рыбки в нейробиологии и трансляционной медицине. Ученые могут исследовать на зебраданио расстройства нервной системы, включая нейродегенеративные заболевания, двигательные расстройства и расстройства тревожного спектра.
Можно исследовать на зебраданио и психические расстройства – депрессию, например. Для этого рыбку вводят в состояние стресса, изучают ее поведение, факторы, которые могли привести к такому состоянию, и пробуют найти средства для возвращения зебраданио в нормальное состояние. Затем, если такое средство будет найдено, начнутся более подробные исследования этого вещества.
О влиянии различных веществ
Можно также изучать на рыбках влияние веществ на разные процессы – такие исследования проводятся в Научно-Технологическом Университете «Сириус». Берутся контрольная и опытная группы. В место нахождения опытной группы добавляют исследуемое вещество, затем каждая из групп проходит несколько тестов, чтобы понять, как действует то или иное вещество – угнетающе или возбуждающе.
Есть несколько тестов, но самые простые и известные среди них – «новый аквариум» и «черно-белая камера».
В чем же они заключаются? «Новый аквариум» рыбку перемещают в узкий аквариум, разделенный на две части условной линией. Затем смотрят, как ведет себя зебраданио. Если рыбка постоянно находится в нижней части аквариума, не активничает и не пересекает линию, значит, она находится в стрессовом состоянии, всего боится и у нее повышенная тревожность.
Если же линию она пересекает часто и плавает преимущественно в верхней части – то чувствует она себя комфортно.
«Черно-белая камера» в целом похожа на «Новый аквариум»: там тоже следят за перемещениями и активностью рыбок, вот только смотрят не на линию, а на черно-белые половины камеры.
Полученные после тестов результаты поведения зебраданио из опытной и контрольной группы сравниваются и делаются определенные выводы о воздействии того или иного вещества.
В заключение
Несмотря на то, что рыбка зебраданио хороший модельный объект, важно помнить, что различия все же есть и нельзя транслировать все выводы, сделанные на Daniorerio, на человека. К примеру, кофеин на нас и на рыб влияет совершенно по-разному.
В любом случае, зебраданио уже зарекомендовали себя как как удобный модельный объект исследования, на котором будет сделано еще не одно открытие!
Мария Игнатенко
Как рыбки могут помочь нам вылечить депрессию и продвинуть медицину?
В университете «Сириус» в направлении «Нейробиология» научного центра Генетики и Наук о Жизни кипит работа… с рыбами. Ученые ставят эксперименты на маленьких аквариумных рыбках зебраданио. Казалось бы, зачем, если те же процессы легко исследовать на крысах или мышах? Но зебраданио, оказывается, так же отлично подходят для экспериментов, как и крысы. А еще рыбам нужно меньше корма, да и уход проще. Кроме того, их реакции легче трактовать, анализировать и интерпретировать. И биологи проводят часы, рассматривая этих рыбок в аквариумах.
Зебраданио очень легко подвергаются стрессу и ярко реагируют на малейшие дозы препаратов. Проверить и убедиться в их реакции можно посредством нескольких экспериментов: теста «нового аквариума», черно-белой камеры и некоторых других. Однако названные два являются самыми простыми и эффективными. Рыбка в состоянии стресса будет редко всплывать ближе к поверхности воды в новом, незнакомом ей аквариуме, а в сосуде, разделенном на тёмную и светлую части, она будет держаться темной, безопасной половины. Такой же угнетающий эффект на рыбу могут оказывать энергетики, например, кофеин. На зебраданио в состоянии стресса можно испытывать лекарства от психических расстройств: антидепрессанты, лекарства от СДВГ или расстройств аутистического спектра. Если лекарство хорошее, то рыба даже в состоянии стресса будет всплывать туда, где повыше и посветлее. Конечно, о влиянии новых препаратов на организм и побочных эффектах для человека мало что можно сказать на примере рыбок, но они более гуманные и простые кандидаты для предварительных испытаний лекарств.
А еще на этих замечательных существах можно исследовать не только влияние препаратов, но и следить за реакцией на изменения в окружающей их среде. Или, например, выяснить, влияет ли мутация и редактирование генов на поведение особей.
У зебраданио, блеклых полосатых рыбок, есть «братья» – искусственно полученные на их основе рыбки самой яркой окраски (желтой, зеленой, красной, синей) для украшения аквариумов. Некоторые из них даже светятся при воздействии ультрафиолета. Эти рыбы – мутанты, они были выведены специально. На первый взгляд кажется, что они отличаются от обычных зебраданио только окраской. Однако это не так.
«Обычные» полосатые зебраданио достаточно спокойно ведут себя и в черно-белой камере, и в новом аквариуме. Они медленно плавают, и за пять минут наблюдения за тремя особями в новом аквариуме, они спускались в его нижнюю часть не более пяти раз. А рыбка в черно-белой камере решила приплыть в безопасную черную зону всего 2-3 раза за три минуты наблюдений, каждый из которых занял несколько секунд.
Цветные декоративные рыбки будто бы не понимали, что им делать. Их движения дерганные, резкие и напряженные, они только по 5-10 секунд проводят в верхней или нижней частях нового аквариума, постоянно перемещаясь из одной половины в другую. За ними трудно следить. Но некоторые опытные рыбки и по 1,5-2 минуты находились только внизу, реже поднимаясь наверх. Видимо, мутации генов могут иметь какие-то неприятные последствия и для психики рыбок и их поведения. Оно гораздо более сложное и запутанное, чем у полосатых собратьев.
Как видно на примере этого эксперимента, зебраданио идеально подходят для исследования реакции на изменения окружающей среды и на фармакологические препараты. Даже рыбки со слегка измененным геномом, который не должен никак влиять на поведение животных, меняет его. Возможно, отредактированный геном изменил не поведение, а общие «настройки» нервной системы, и цветные зебраданио просто легче и быстрее входят в состояние стресса, чем обычные. Так или иначе, этот вопрос еще требует дальнейших открытий и исследований, которые помогут понять ученым будущего чуточку больше о генетике не только рыб, но и людей, ведь гены зебраданио и человека совпадают примерно на 70-80%! У мелких аквариумных рыбок еще есть свои секреты.