Обитатели лабораторий: главные животные в мире науки

Модельным организмом называют вид, который ученые исследуют, чтобы разобраться в биологических процессах, происходящих в живых организмах. Это могут быть и насекомые, и млекопитающие, и одноклеточные, ведь все живое на земле генетически сходно. У абсолютно разных классов существ многие ключевые биохимические процессы отличаются незначительно. 

Кролики участвовали в советских экспериментах по удалению опухоли лазером, 1973 год Фото: © Созинов Виталий / Фотохроника ТАСС

Другой аспект использования модельных организмов — этический. Устроить, например, испытание лекарства на людях с юридической точки зрения непросто, поэтому ученые перешли к мышам и обезьянам. Исследования с участием животных дали науке массу знаний в области физиологии и биохимии, сыграли значительную роль в нейробиологии и изучении инфекционных заболеваний. Благодаря этому практически удалось искоренить полиомиелит и добиться большого прогресса в трансплантации органов. Испытания на модельных организмах помогли открыть инсулин и наладить производство дифтерийного антитоксина. 

Грызуны

В конце XIX века немецкий бактериолог Эмиль фон Беринг выделил дифтерийный токсин и продемонстрировал его действие на морских свинках. Дальнейшая работа в этом направлении привела к появлению современных методов иммунизации и способствовала победе над дифтерией.

Интересно, что лабораторные животные могут иметь врожденное или спровоцированное заболевание либо травму, которые похожи на человеческие. Выводятся целые линии мутантных мышей, каждая из которых больна, и на них изучается действие разных кандидатов в лекарственные препараты.

Крысы — первые обосновались в лабораториях, примерно через 100 лет за ними последовали мыши Фото: © Egoreichenkov Evgenii / Shutterstock / FOTODOM

Плодовая мушка

Дрозофила — любимица генетиков. С 1910 по 1927 год работа одного из основоположников этой науки Томаса Ханта Моргана с использованием Drosophila melanogaster определила хромосомы как вектор наследования генов. Плодовая мушка до сих пор остается одним из наиболее широко используемых модельных организмов. Все потому, что у нее короткий жизненный цикл (у некоторых видов от яйца до мухи — около 10 дней), высокая плодовитость и способность развиваться в искусственных средах в ограниченном пространстве (например, в пробирке).

Плодовитость — один из ключевых факторов, делающих дрозофил удобными подопытными животными Фото: © khlungcenter / Shutterstock / FOTODOM

Использование животных в научных целях восходит к Античности. Известно, что Аристотель (384–322 гг. до н. э.) проводил такие эксперименты. В XVIII и XIX веках благодаря модельным организмам были сделаны научные прорывы. Так, Антуан Лавуазье при помощи морской свинки сделал вывод, что дыхание — это горение, потому что выделяется столько же тепла, сколько и при сгорании угля, дающего такой же объем углекислого газа. А Луи Пастер задействовал больных сибирской язвой овец, чтобы продемонстрировать микробную теорию болезней.

Данио-рерио

Ученые используют этих маленьких рыбок уже около полувека. В 1970-х годах их икринки отправили в космос на научную станцию «Салют-5», и на орбите из них появились мальки. Сегодня на рыбах зебраданио тестируют новые лекарства, и такие исследования в сотни раз дешевле, чем на грызунах. Международный коллектив ученых, в числе которых были сотрудники Научно-технологического университета «Сириус», разработал новую уникальную платформу на базе искусственного интеллекта, которая анализирует поведенческие реакции рыб зебраданио. Благодаря этому, например, можно спрогнозировать перспективность фармакологического вещества и ускорить разработку лекарств для лечения заболеваний мозга.

Рыбки данио-рерио участвовали уже не в одном исследовании ученых Университета «Сириус» Фото: © пресс-служба «Сириуса»

«Так как рыбы зебраданио генетически и физиологически высоко гомологичны человеку, это позволяет ученым ожидать, что и их фармакологические мишени будут подобны. Следовательно, разработанные препараты с большой вероятностью окажутся эффективными в клинических исследованиях. При этом стоимость доклинических испытаний на этих рыбах в 100–500 раз может быть дешевле стоимости аналогичных исследований на лабораторных грызунах», — объяснил координатор исследования, руководитель группы направления «Нейробиология» Научного центра генетики и наук о жизни Университета «Сириус», доктор биологических наук, профессор РАН Алан Калуев. 

Самое изученное растение

Арабидопсис — этот невзрачный цветок из семейства капустных стал первым представителем флоры, у которого ученые полностью расшифровали геном. На нем изучают все основные процессы, происходящие в растениях, проводят эксперименты, в том числе с генным редактированием, и многое другое.

На примере арабидопсиса ученые изучили действие растительных гормонов Фото: © Kaan Mika / Shutterstock / FOTODOM

Приматы 

Макак-резус, или Macaca mulatta Фото: © angellodeco / Shutterstock / FOTODOM

В 1940-х годах американский вирусолог Джонас Солк выделил из биоматериала, взятого у макак-резусов, наиболее вирулентные формы полиомиелита. Это помогло создать вакцину. С тех пор разные виды приматов использовались для научных экспериментов, но в последние годы к ним прибегают все меньше. Причина — протесты зоозащитников. 

К тому же развитие компьютерных алгоритмов позволяет частично снять нагрузку с животных и проводить предварительный прогноз эффективности кандидатов в лекарства in silico (по аналогии с устоявшимися терминами in vitro и in vivo подход, который предполагает тестирование новых разработок с помощью компьютерного моделирования). Таким образом, до модельных животных все чаще доходят препараты, которые, вероятнее всего, окажутся для них безопасны.

#животные #лекарства #опыты

Иди лучше тренируйся вон на… Судьба лабораторных мышей

Читать