На протяжении десятилетий ученые полагались на мышей, дрозофил и червей в качестве генетических моделей, но, несмотря на весь их успех, эти организмы обычно не могут имитировать многие аспекты биологии приматов, в том числе многие болезни человека, — сказал Марк Краснов, доктор медицинских наук, профессор биохимия.Разочарованный отсутствием хорошей модели исследования, Краснов и его коллеги обратились к мышиному лемуру и начали проводить подробные физиологические и генетические исследования сотен этих миниатюрных послушных существ в тропических лесах Мадагаскара.
Работая в финансируемой Стэнфордом лаборатории на острове, ученые сообщают, что они уже идентифицировали более 20 отдельных лемуров с уникальными генетическими особенностями, включая ожирение, высокий уровень холестерина, высокий уровень сахара в крови, сердечную аритмию, прогрессирующее заболевание глаз, а также моторику и личность. расстройства. Они надеются, что дальнейшее изучение этих многочисленных приматов может привести к лучшему пониманию и, возможно, лучшему лечению этих и других состояний у лемуров и людей.’Огромный потенциал’«Я думаю, что мышиные лемуры обладают огромным потенциалом для нашего понимания биологии, поведения и охраны приматов, точно так же, как дрозофилы и мыши за последние 30-40 лет изменили наше понимание биологии развития и многих других областей биологии и медицины. ", — сказал Краснов. «Некоторые из наиболее интересных и важных вопросов, на которые необходимо ответить, относятся к приматам. Для них нам действительно нужно что-то помимо людей, чтобы дополнить работу, которая была проделана с плодовыми мушками и мышами».
Документ с описанием результатов исследователей будет опубликован 9 июня в журнале Genetics. Краснов — старший автор. Ведущее авторство разделяют аспирант Камилла Эзран и докторант Кейтлин Караневски.Проект начался в 2009 году, когда Краснов, разочарованный отсутствием хорошей животной модели для заболевания легких — его область знаний, — поручил трем стажерам старшей школы поискать в животном мире что-то лучшее.
К концу лета стажеры придумали лемура, который соответствует всем необходимым критериям: как и мыши, эти животные маленькие (примерно в два раза больше мыши), быстро развиваются, быстро размножаются, дают много потомства. , недороги и просты в обслуживании и управлении. По словам Краснова, с генетической точки зрения мышиный лемур находится примерно на полпути между людьми и мышами.«Когда я разговариваю с учеными, их лица загораются, когда я рассказываю им о лемурах-мышах, потому что они размером с мышь, но они приматы, так что это имеет огромное значение», — сказал Эзран, который учился в старшей школе. стажеры. «Я думаю, что они действительно представляют огромный потенциал для биологических, поведенческих и медицинских исследований в целом».
В начале проекта Краснов обратился к ветеринарам Стэнфордского университета с точки зрения перспективы, и в конечном итоге нанял Меган Альбертелли, доктора медицинских наук, доктора философии, доцента сравнительной медицины. Генетик и специалист по приматам, Альбертелли сказала, что поначалу она скептически относилась к идее лемуров в качестве моделей животных, но вскоре воодушевилась, осознав их огромный потенциал в понимании неврологических проблем, болезней глаз и других состояний, при которых модели на мышах оказались неэффективными.
Поездка во ФранциюОна сопровождала группу в поездке во Францию, чтобы навестить ученых, которые годами изучали лемуров в лаборатории.
Французская группа ученых обнаружила, что у некоторых стареющих лемуров развивается форма слабоумия и в мозгу накапливаются бляшки, похожие на бляшки пациентов с болезнью Альцгеймера.«Я увидел, что это многообещающие модели болезни Альцгеймера», — сказал Альбертелли. «Болезнь Альцгеймера трудно смоделировать на других видах животных, поэтому это было очень интересно».Мышиные лемуры обитают исключительно на Мадагаскаре, где они водятся в большом количестве.
Десятки миллионов из них населяют остров. В то время как лемуры обычно находятся под угрозой исчезновения из-за разрушения среды обитания, лемуры-мыши не находятся под угрозой и свободно бродят по острову, сказал Эзран, который называет их «грызунами Мадагаскара».Стэнфордские исследователи начали развивать сотрудничество с другими учеными, изучающими лемуров, в том числе с учеными из Центра ValBio возле национального парка Раномафана на Мадагаскаре, которые десятилетиями изучали экологию, структуру семьи и поведение лемуров.Во время периодических посещений острова Краснов и его коллеги научились ловить коричневых лемуров в тропических лесах недалеко от исследовательской станции, используя крошечный кусочек банана в ловушке в качестве приманки.
Затем ученые пометили и сфотографировали каждое животное, провели тщательное физическое обследование, проанализировали их на предмет поведенческих проблем и аномалий и удалили каплю крови для подробных генетических и сывороточных исследований. Затем животных выпустили обратно в дикую природу, чтобы исследователи могли следить за ними в течение долгого времени, чтобы увидеть, как их среда может повлиять на их прогресс и здоровье.
В 2013 году Стэнфорд построил сложную лабораторию молекулярной биологии и генетики в комплексе ValBio, где можно было проводить эти исследования.’Самобытные личности’По словам Краснова, у лемуров есть отличительные черты характера, и исследователи дали каждому имя, основанное на его внешности или поведении. Например, одного звали Feisty за его необычайно агрессивный характер; большинство лемуров послушны.
«Эта работа привела к совершенно новому способу проведения генетических исследований», — сказал Краснов, который также является исследователем Медицинского института Говарда Хьюза. Вместо того, чтобы использовать традиционный метод введения генетических мутаций в мышей для создания «нокаутных» мышей — или животных с индивидуализированными генами — они обнаружили, что они могут находить встречающиеся в природе варианты среди животных в дикой природе. Более того, работая с лемурами в их естественной среде обитания, исследователи смогли лучше понять, как животные взаимодействуют с окружающей средой и как взаимосвязаны гены и среда.
«Вместо того, чтобы вводить мутации у мышей или плодовых мушек, мы делаем что-то гораздо более похожее на то, что происходит у людей», — сказал он. «Мы изучаем все замечательные генетические вариации, уже существующие в природе, поскольку существует так много миллионов мышей-лемуров. Мы подсчитали, что большинство« нокаутных »мутаций уже присутствует в природе, и все, что нам нужно сделать, это найти их А поскольку стоимость секвенирования генома быстро падает, теперь можно секвенировать геномы тысяч лемуров мышей, чтобы увидеть, какие мутации они несут ».По его словам, при этом за несколько лет исследователи могли бы сделать это за крошечную долю стоимости того, что международный консорциум Knockout Mouse выполнит за 10 лет, что обойдется почти в 1 миллиард долларов.
Но для проекта может потребоваться дополнительный персонал, поскольку процесс отлова животных и их проверки в лаборатории является трудоемким, сказал он. Он и его коллеги придумали многоцелевое решение, которое внесет вклад в местную образовательную систему, помогая сохранить популяции лемуров на Мадагаскаре, среды обитания которых угрожают интересы сельского хозяйства, добычи полезных ископаемых и лесозаготовок, сказал он.Помощь студентовГруппа разрабатывает учебную программу по естествознанию для использования в малагасийских средних школах, в которой учащиеся изучают биологию, исследуя богатую окружающую среду прямо за пределами своих школьных домов.
Среди преподавателей — Ману Пракаш, доктор философии, доцент кафедры биоинженерии в Стэнфорде и пионер в области «бережливой науки», который привез свои мощные бумажные микроскопы за 1 доллар на Мадагаскар и научил студентов исследовать микроскопический мир, в котором они живут. , включая вшей в их волосах, патогенных микроорганизмов в их воде и болезнетворных паразитов в окружающей их среде. Учебная программа была впервые представлена ??студентам университетов, некоторые из которых сейчас проводят скрининг лемуров в Стэнфордской лаборатории на Мадагаскаре.«Мы увидели в этом возможность, потому что мы едем туда, чтобы изучать уникальных животных, а также биологию и экологию Мадагаскара, которая не имеет себе равных в мире», — сказал Краснов. «Это горячая точка №1 для биоразнообразия, но большинство студентов не осознают, что у них есть на заднем дворе, потому что их учат по учебникам и учителям, которые учились у европейцев».Он сказал, что исследователи надеются расширить научные программы на всех уровнях образования, помогая обучать малагасийских ученых будущего и наращивать научный потенциал в стране, в то же время создавая понимание среди местного населения необходимости понимать и сохранять лемуров и другие виды на будущее.
«Мы стараемся делать это уважительно и помогать лемурам и людям Мадагаскара, при этом освещая многие аспекты биологии приматов и болезней человека», — сказал он.По словам Альбертелли, исследователи планируют сделать информацию о генетическом секвенировании и фенотипировании, которую они получают от лемуров, общедоступной, чтобы исследователи со всего мира могли воспользоваться этой сокровищницей знаний.