Ученые: результаты исследований на мышах не всегда можно перенести на людей

Услышав слово «крыса», у многих людей возникает образ опасного вредителя и виновника масштабных эпидемий. Крысы являются переносчиками опасных болезней и инфекций. К тому же животные способны нанести колоссальный ущерб хозяйству, портя продукты питания, деревянные строения и электрическую проводку. Однако помимо дурной славы грызун имеет удивительные способности и качества. Многие факты о крысах порою просто поражают. К тому же не стоит недооценивать пользу животных для человека в медицине. Вот некоторые наиболее интересные факты о крысах.

Когда появились крысы

По мнению ученых, крысы являются древнейшими млекопитающими – они появились гораздо раньше, чем человек (разница во времени составляет порядка 48 млн. лет). За это время численность грызунов почти в 2 раза превысила количество жителей планеты.

Существует даже предположение, что именно эти грызуны стали причиной вымирания динозавров. Млекопитающих обвиняют в том, что они являлись истребителями яиц животных-великанов. А яйца, как известно, одно из самых любимых лакомств грызунов.

Приручить диких крыс люди смоги много тысячелетий назад. У некоторых народов зверек являлся символом ума и сообразительности. Так, согласно китайской мифологии, те люди, кто родился в год Крысы, блистали большим умом, были предусмотрительны и уважительны.

Крысы

Ученые смогли даже восстановить облик того, от кого произошли крысы. Доисторический грызун внешне напоминал очень крупную морскую свинку, которую впоследствии прозвали Гойя. Длинный мощный хвост грызуна оказывал ему помощь при подъеме. Предполагают, что вес этого животного составлял около 700 кг. В результате чего ему приходилось передвигаться на прямых задних конечностях, в отличие от современных грызунов, конечности которых полусогнуты. Поедание травы было основным занятием доисторической крысы, она была вынуждена пожирать растения в больших количествах для поддержания своих габаритных форм.

На сколько раньше человека появились крысы

Крыса как. прародитель человечества?

Сколько копий сломано в спорах о происхождении человечества! В качестве наших вероятных предков упоминались и обезьяны и библейские Адам и Ева, и даже инопланетяне. Вот ещё одна оригинальная версия: нашим прародителем может быть самая обыкновенная. крыса!

В индийском селении Дешнок есть храм, посвященный богине Карни Мата. Живут в нём двадцать тысяч крыс, не меньше! Все они считаются детьми богини. Ежегодно в Дешнок стекаются тысячи паломников со всей Индии, чтобы засвидетельствовать грызунам своё почтение.

Мало того, в этом селении и вне стен храма крыса является священным животным. Обнаруженная в доме селянина, она никогда не будет убита или отравлена ядом. Её отнесут в пустыню и отпустят. Местные индусы верят, что человек произошёл именно от крысы и что после смерти он снова может стать крысой.

Крысиный ген в каждом

Неужели крысы и люди в самом деле имеют общих предков? Как утверждают последние исследования зарубежных учёных, в геноме человека присутствует около 35 000 генов. Но только 232 из них не встречаются больше ни у одного живого существа на Земле.

Во время эксперимента, который проводили специалисты из Национального института исследования генома человека (США), человеческую ДНК сравнивали поочерёдно с ДНК шимпанзе, бабуина, кота, собаки, коровы, свиньи, крысы, мыши, курицы и трёх видов японских экзотических рыб. Результат эксперимента поставил учёных в тупик. Оказалось, что по генетике мы ближе всего именно к грызунам, у которых позаимствовали 70 процентов своих генов!

Отчего все новые медицинские препараты испытывают именно на крысах, а не на обезьянах, собаках или кошках? Не потому ли, что крысиный организм так сходен с человеческим?

«А как же внешность?!» — могут возразить сторонники теории Дарвина. Обезьяна хотя бы внешне похожа на человека. Однако, утверждают учёные, по физиологическому строению организма мы достаточно сильно отличаемся от приматов и в то же время имеем немало общего с крысами.

Существует версия, основанная на долгих исследованиях, что все живородящие млекопитающие, включая человека, произошли от древнейших грызунов, обитавших на Земле более 160 миллионов лет назад, в юрский период, одновременно с динозаврами. Этим зверькам дали имя — Juramaia Sinensis. Недавно их окаменелые останки были найдены в китайской провинции Ляонин. Причём грызуны при жизни имели одну интересную особенность — они отлично лазали по деревьям!

Хорошо ли видят крысы

Видит крыса подобно человеку дальтонику, имеющему крайнюю степень проявления заболевания. Различать цветовую гамму грызуны практически не способны, да и остротой зрения они похвастать не могут. Окружающий мир в их воображении – это различные пятна, находящиеся на месте и в движении. Зрение у крыс слабое, зато у животных прекрасный слух и координация, они хорошо различают направленность и расстояние едва уловимого шороха. Не подводит их также тонкий нюх и осязание.

Некоторые факты про крыс бывают просто невероятными. К примеру, удивительным является то, что грызуны имеют способность предчувствовать развитие того или иного события – они знают, что будет происходить в будущем. И при приближении опасности животные стремятся как можно быстрее покинуть опасную зону. Подтверждением этому служит известный факт, когда живущие на корабле крысы в предчувствии аварии судна быстро уходили с него. Крысы чувствуют даже очередную авиаатаку или ядерное испытание, покидая полигон заранее.

Умное животное

Позавидовать можно и памяти грызуна. Крыса не способна заблудиться – преодолев определенный путь, она может с легкостью вернуться назад.

Как крысы относятся к мышам

Отличить мышь от крысы может далеко не каждый человек, ведь внешне они очень напоминают друг друга. Однако оба эти грызуна имеют свои отличительные характеристики. Так мышь отличается от крысы гораздо меньшими размерами, более агрессивна и не так умна.

Поразительно и то, что эти, казалось бы, собратья совершенно не могут жить рядом. Крысы и мыши, поедающие друг друга – картина весьма распространенная. Ведь эти грызуны являются хищниками. Их организм постоянно нуждается в животном белке. Поэтому, всего несколько особей способны атаковать собаку и даже загрызть ее. Не исключено также нападение крысами на человека. Крысы едят друг друга во время сильного голода. Для утоления этого чувства самка крысы способна съесть даже своих крысят.

Геном крысы должен знать каждый!

Геном крысы должен знать каждый!

Полное секвенирование генома еще одного вида по нынешним временам – все еще крупное событие, несмотря на то, что счет таких видов – от бактерий до человека – идет уже на сотни. Короткая статья огромного международного коллектива ученых – Rat Genome Sequencing Project Consortium – вызвала бурный восторг в самых разных группах населения планеты: от коллег-генетиков до журналистов. Действительно, завершение этого проекта имеет огромное научное и практическое значение. Специалисты уже наверняка изучили все, что об этом было написано и в промежуточных отчетах, и за неделю, прошедшую после звездного часа Проекта – отчета о завершении работы. Больше и компетентнее всего об этом пишут на https://www.genome.org/ – желающие могут найти там информацию из первых рук, предназначенную для специалистов. А эта статья адресована мирным обывателям, которые еще не осознали значения расшифровки генома крысы для каждого из нас.

Генотип и фенотип

Генотип проявляется в фенотипе под воздействием окружающей среды (азбучная истина)

Ген – понятие двусмысленное. С одной стороны, это участок хромосомы, кодирующий последовательность аминокислот в одном из белков (на самом деле из правила «один ген – один белок» много исключений, но в первом приближении этого достаточно). В геноме человека около 30.000 генов, у мыши и крысы – примерно по 25.000. С другой стороны, гены и их сочетания проявляются в видимых невооруженным глазом или понятных только при сложных исследованиях разнообразнейших признаках организма: от папиного носика до переданной от дедушки через маму гемофилии. Многие из фенотипических проявлений генома могут быть сочтены, измерены и взвешены. Это относится, например, к индивидуальным вариациям какого-нибудь из видовых признаков. Особи одного и того же вида даже по размерам могут различаться в несколько раз. Представьте себе стоящих рядом здоровых и нормальных пигмея из Конго и шведа из Швеции. Или лиц любой национальности, больных наследственными заболеваниями – трехфутового лилипута, у которого нарушен синтез гормона роста, и восьмифутового баскетболиста, у которого синтез этого гормона в несколько раз выше нормы. Или искусственно выведенных тойтерьера и ирландского волкодава, бесшерстную и персидскую кошку, мраморного телескопа и золотого вуалехвоста… Многие проявления генотипа в фенотипе различаются еще сильнее, формально – в бесконечное число раз: например, активность какого-нибудь фермента может меняться от полного отсутствия до величины, во много раз превышающей среднюю для данного вида. Определение генов по их проявлениям в фенотипе – способ старый, как сама генетика. Но до разработки автоматических секвенаторов каждый ген надо было долго ловить вручную. В конце ХХ века картирование генов стало превращаться в сложную, трудоемкую, но все более рутинную и чисто техническую работу. Первые практические результаты сегодняшних достижений геномики появятся, по самым оптимистическим оценкам, лет через десять. Полная расшифровка генома крысы – это еще один крупный шаг к переходу от теории к практике. На самом деле «полная» – это не совсем точно. В данном случае, как (в среднем) и в остальных, геном раскодировали на 90%. Но остальные 10% – это главным образом «белый шум», бессмысленные последовательности из сотен и тысяч одинаковых нуклеотидов и другие не имеющие большого значения мелочи. А в целом карта крысиных генов готова к работе. Начать придется с закрашивания на ней белых пятен. Анализ связи между генами и индивидуальными особенностями их владельца осложняется множеством факторов. В каждой клетке организма имеется абсолютно одинаковый набор генов – и при расшифровке генома на карту наносятся все последовательности нуклеотидов на всех хромосомах, а потом начинается самое интересное – разобраться, какой ген отвечает за какой признак. Но тело человека составляют примерно 350 типов тканей, и в клетках каждой из них активна только часть генов, а остальные отключены. Около 5% генома у каждого из трех видов составляют различные вспомогательные гены, действие которых проявляется опосредованно – например, блокирует гены, не нужные в данной ткани. 5.000 человеческих генов вообще нужны и активны только во время развития эмбриона, а в клетках взрослого организма они блокированы. Еще одна сложность – то, что большинство свойств любого организма определяется не одним геном, а их комплексом. Даже такой простой и понятный на вид признак, как цвет кожи, у человека определяют пять пар генов. Но, несмотря на сложности, белых пятен на генных картах становится все меньше. Функции многих генов в геномах различных живых существ, в том числе человека и крысы, определены с точностью до нуклеотида. В частности, у человека точно известны десятки генов, мутации в которых вызывают различные наследственные заболевания. В основном это относится к так называемым моногенным болезням, причиной которых обычно является только что упомянутое отсутствие одного из ферментов из-за мутации в гене, кодирующем этот белок. Огромное число генов, нарушения в которых являются причинами различных болезней, до сих пор остаются неизвестными. Тем более что генетически запрограммированной может быть не тяжелая и проявляющаяся при рождении аномалия, а определяемая несколькими, возможно, даже десятками генов предрасположенность к определенному заболеванию, нарушениям работы иммунной системы (и вызванных этим аллергии, аутоиммунным заболеваниям, чувствительности к инфекциям), и т.п. По достаточно осторожным оценкам, половина всех хронических болезней, которыми каждый человек обзаводится к пенсии, имеет наследственно обусловленную природу.

Крыса – родственник человека

Родственников не выбирают (азбучная истина)

Геном крысы похож на человеческий и мышиный не только по числу генов. С точки зрения эволюции, грызуны и приматы – довольно близкие родственники. Сейчас данные палеонтологии можно подтвердить методами генетического анализа. При сравнении мышиного и человеческого геномов исследователи насчитали в них 80% идентичных генов. Анализ генома крысы показал, что у крыс, мышей и людей общих генов – целых 90%! Уточнить данные позволило именно то, что теперь можно сравнить геномы не двух, а трех видов млекопитающих, и точнее различить гены от псевдогенов – бездействующих участков хромосом. А все различия людей, мышей и крыс друг от друга обеспечивают 10% генов, индивидуальных и неповторимых для каждого из трех наших видов. Если подумать, то ничего удивительного в нашем сходстве с грызунами нет. Мы, млекопитающие, все до одного произошли от мелкой ящерки по фамилии Териодонт (по-русски – Зверозубый) около двухсот миллионов лет назад. А ветки грызунов и приматов на эволюционном древе разошлись всего 30 миллионов лет назад. По предварительным данным анализа наших геномов, после отделения от общего с приматами предка в геноме родов крыс и мышей семейства мышиных произошло примерно 300 значительных перестроек – изгибов и расхождений ветвей эволюции. Со времени разделения близких родственников – крыс и мышей – между ними накопилось около полусотни таких изменений. Эти результаты сравнения трех геномов позволяют предположить, что эволюция грызунов протекала примерно в три раза быстрее эволюции человека – во всяком случае, если скоростью эволюции считать такой формальный признак, как скорость изменения генов в штуках за миллион лет.

Крыса – друг человека

Млекопит млекопиту – друг, товарищ и брат (азбучная истина)

Давайте не будем сейчас припоминать крысам средневековые эпидемии чумы и нынешние неприятности от наших подвальных и помоечных соседей. Лабораторные крысы имеют с ними намного меньше общего, чем ученые в белых халатах с лицами БОМЖиЗ. Крысы – это универсальные подопытные животные. С начала XIX века их используют в качестве моделей для изучения механизмов возникновения и способов лечения различных заболеваний, влияния на организм лекарств, вредных веществ и других научных экспериментов. Rattus norvegicus, обычная серая крыса (у нас ее еще называют пасюком, а в переводах часто сохраняют английское название – «бурая» или «коричневая»), стала предком множества чистых линий лабораторных крыс.

Комментарий Перлофила для «чайников». Чистая линия – это полученная путем многократного близкородственного скрещивания популяция животных-близнецов. Их выводят специально для того, чтобы ставить на них ученые эксперименты. Реакции обычных животных одного вида и даже одной популяции на одно и то же воздействие могут очень сильно различаться. Например, одним представителям рода Homo sapiens чашечка кофе помогает заснуть, а другим гарантирует бессонницу. Чтобы получить достоверные данные о действии на организм каких-либо факторов, используя, как двести лет назад, крыс, наловленных на помойке, пришлось бы потратить в десятки раз больше сил, времени и всего остального. Животные из чистых линий имеют настолько похожие наборы генов и, соответственно, физиономических, физиологических, биохимических и прочих свойств, что еще немного – и это были бы уже однояйцовые близнецы или клоны. Стандартные, насколько это возможно для живых существ, особенности их организмов обеспечивают стандартный ответ на внешние воздействия. К сожалению, чаще всего это совсем не чашечка кофе. Вы знаете, как испытывают влияние различных лекарств на улучшение физического состояния у здоровых и больных? В числе прочего – по времени, которое сможет проплавать до утопления животные (здоровые или с искусственно вызванной болезнью) из опытной группы, получавшей испытываемый препарат, по сравнению с контрольной группой. А что стоИт за гинеколого-эндокринологическим термином «крысиная единица»? Это «наименьшее количество эстрогенов, способное вызвать ороговение влагалищного эпителия у кастрированных самок крыс» (Энциклопедический словарь медицинских терминов). А что такое «полулетальная доза»? Это такая концентрация химического вещества, количество болезнетворных микробов, доза ионизирующего облучения и т.п., от которого улетает в лучший мир половина подопытных животных. Постепенно снижая дозу, можно выяснить безопасную и только после этого переходить к опытам на собаках, обезьянах и других дорогостоящих моделях. И так далее. Не подумайте только, что я «зеленый» или придурок из общества PETA, готовый убить человека за то, что он носит кроличью шапку (хотя все нормативные акты о гуманном отношении к лабораторным животным я всенародно одобряю). Комментарий автора – для супер-чайников и Перлофила. «Летальный – это не от слова «летать». Это от латинского «letalis» – «смертельный». А ты изгаляйся в своей рубрике!

Многие исследования вообще были бы невозможны без специально выведенных чистых линий грызунов – в том числе с врожденной предрасположенностью к множеству «человеческих» болезней, от артроза и ожирения до эпилепсии и язвы желудка.

В XX веке более распространенными лабораторными животными стали мыши. При похожих на крысиные (и, соответственно, человеческие) биохимии и физиологии они меньше (и, соответственно, дешевле), и к тому же быстрее размножаются. На них удобнее ставить генетические эксперименты, получать чистые линии с заданными наследственными свойствами для различных исследований и т. д. К тому же клонировать мышей, в отличие от крыс, почему-то оказалось относительно простым делом. Поэтому линий генетически модифицированных мышей сейчас, наверное, уже больше, чем выведенных традиционными методами. Вот этим, например, коллеги из Осаки (Япония) вставили в хромосомы общеизвестный GFP – зеленый флуоресцентный белок от медузы (эта процедура так популярна, что лет через десять ее наверняка будут делать студенты на лабораторной практике по генной инженерии).

Крыс обычно используют в тех исследованиях, где имеют значение их более крупные размеры (например, их удобнее оперировать, чем мышей) и бОльшая физиологическая схожесть с человеком – в том числе при проверке эффективности и токсичности лекарственных препаратов. И хотя биологи и врачи всегда стараются по возможности проводить испытания на культурах клеток и тканей или компьютерных моделях (это не только гуманно, но и быстрее и дешевле), в большинстве медицинских исследований опыты ставят на животных. Возможно, особенно в сочетании с еще одним недавним достижением – первой успешной работой по клонированию крысы осенью 2003 года, крысы опять отвоюют у мышей сомнительное удовольствие быть самыми популярными лабораторными животными.

Крыса – модель человека

Ни одна система не может построить полную модель самой себя или другой системы, равной себе по степени сложности (азбучная истина)

Собственно расшифровка генома – это грандиозная подготовительная работа к дальнейшим исследованиям. Фактически в ее результате мы получаем текст из десятков тысяч букв – из трех нуклеотидов каждая. Второй, тоже подготовительный, этап – найти в тексте генома знаки препинания, заглавные буквы и пробелы (последовательности нуклеотидов, кодирующих начало и конец гена и другую служебную информацию). После этого надо разделить геном на отдельные гены, отсеять зерна от плевел (гены от псевдогенов) и перевести эту гору информации с языка хромосом (4 буквы, 64 слова) на язык последовательностей аминокислот в белках (20 букв, теоретически бесконечное количество слов, фраз и книг). Только теперь можно заняться неизмеримо более сложной работой – сопоставлением полученной информации с тем, что уже известно, и дальнейшим анализом функций каждого из опознанных генов. С расшифровкой генома крысы наука получила дополнительные возможности для изучения того, как именно генотип проявляется в фенотипе. Зная нуклеотидную последовательность гена, можно определить, какую функцию выполняет кодируемый им белок в норме, как нарушается эта функция в результате мутаций, какие мутации приводят к проявлению каких заболеваний. Сравнение таких данных, полученных для разных видов, позволит и уточнить информацию о связи различных болезней с наследственными факторами у человека, и точнее моделировать на животных человеческие болезни и методы их лечения. Крысы болеют практически всеми болезнями, от которых страдают люди. Но при использовании крыс в качестве лабораторных моделей необходимо учитывать заметные различия между людьми и крысами, причем размеры головы или наличие рук или хвоста в данном случае – не самое главное. Для медицины и фармакологии намного важнее значительно более мощная у мышей и крыс, чем у человека, система ферментов, обеспечивающих разложение токсинов (наверное, у тараканов эти системы ферментов развиты еще лучше – травить крыс трудно, но питаться дустом они так и не научились). Эти ферменты кодирует определенная группа генов (так называемые гены P450). Как и гены, отвечающие за различия в иммунной, репродуктивной, обонятельной системах, P450 относятся к особым, уникальным для каждого из трех расшифрованных геномов семействам генов, для которых характерны многократные повторы. Соответственно, признаки, за которые отвечают эти гены, выражены сильнее, чем у вида, у которого данный признак кодируется только одним геном. Гены P450 крысы меньше, чем мышиные, отличаются от аналогичного семейства генов человека – значит, испытывать действие лекарств лучше все-таки на крысах, а не на мышах. Дальнейшие исследования наших геномов позволят (среди множества других открытий!) точнее учесть разницу в системах детоксикации, а возможно, и получить чистые линии крыс, у которых эта система будет меньше отличаться от человеческой. Скорость секвенирования генов с каждым годом растет, а стоимость – падает. Каждый новый геном позволит еще на шаг приблизиться к недостижимому идеалу – полному моделированию живых систем. Включая и нас с вами.