Zebradanio au presat soareci și fructe zboară în biomedicină

Zebradanio au presat soareci și fructe zboară în biomedicină

Alan Kaluev, Konstantin Demin
"Opțiunea Trinității" №4 (248), 27 februarie 2018

Zebradanio

Despre autorii

Alan Kaluev – dr., Specialist în neuroștiințe, psihiatrie biologică și neurofarmacologie, profesor și șef. Laboratorul de Psihiatrie Biologică, Institutul de Biomedicină translațională, Universitatea de Stat din St. Petersburg; științifice. și colab. Ural Universitatea federală, Institutul de Fiziologie și Medicină Fundamentală, Filiala Siberiană, Academia Rusă de Științe, profesor la Facultatea de Farmacie Universitatea de Sud-Vest (China)

Konstantin Demin – absolvent al Universității de Stat din St. Petersburg, cercetător la Institutul de Medicină Experimentală V.A. Almazov de la Ministerul Sănătății al Rusiei.

Popular printre acvaristi pește zebradanio (Danio rerio, Eng. zebrafish), care și-a luat numele datorită culorii dungate, în ultimii ani a devenit un model eficient în genetică, biologie moleculară, embriologie, farmacologie și, mai recent, în neurobiologie. Pentru prima dată, un biolog american, George Streisinger, a devenit interesat de acest organism ca obiect de laborator în anii '60.

Utilizarea zebradanio ca organism de model (adicăorganism, cu care puteți simula procesele biologice) are multe avantaje, inclusiv confortul manipulării genetice, precum și fertilizarea externă caracteristică acestor pești, dezvoltarea accelerată, fertilitatea ridicată și mărimea mică (aproximativ 2,5-3,0 cm la vârsta adultă). În plus, ele sunt ieftine și foarte ușor de întreținut și diluate în laborator (figura 1).

Fig. 1. Zebradanio ca organism model în cercetarea biomedicală

Organele principale ale zebradanio se dezvoltă în termen de cinci zile după fertilizare, iar deja trei luni după naștere, peștele este capabil de reproducere – toate acestea indică o rată ridicată de dezvoltare a organismului. În același timp, zebradanio trăiește mai mult decât șoarecii (în medie, de la patru la cinci ani față de trei). Prin urmare, ele pot servi ca un obiect excelent și economic pentru studierea biologiei îmbătrânirii.

Embrioni și prăjiți embrionari sunt transparenți, ceea ce permite urmărirea diferitelor etape de dezvoltare sub microscop. Acest lucru este deosebit de important pentru abordarea optogenetică, precum și pentru vizualizarea profilurilor de exprimare genetică in vivo. Există, de asemenea, o linie mutantă Casper (casper), care este transparentă chiar și la maturitate, ceea ce simplifică foarte mult manipularea genetică, anatomică și fiziologică a acestor pești.

Una dintre trăsăturile importante ale biologiei peștilor osoși este aceea că au supraviețuit unei runde suplimentare de duplicare a genomului. În zebradanio, astfel de genuri duplicate pot fi funcționale sau nu și pot purta chiar și funcții noi neobișnuite ale genei copiate. Prezența mai multor copii ale aceleiași gene permite, de asemenea, studierea în knock-out-urile Zebradanio a acelor gene care sunt vitale pentru oameni și șoareci și sunt reprezentate în ele doar printr-o singură copie.

În prezent, genetica zebradanio a fost studiată foarte bine și genomul secvențiat conține 26,206 gene care codifică proteine, incluzând 71,4% ortologi (adică gene omoloage ale organismelor legate de filogeneză care s-au despărțit în procesul de speciație) de gene umane și 82% gene asociate cu diferite boli umane. Efectele farmacologice și țintele sunt, de asemenea, foarte asemănătoare (aproximativ 85-90% coincid în zebradania, rozătoare și oameni), deoarece similitudinea genetică este de obicei mai pronunțată în locurile active ale enzimelor, canalelor și receptorilor (Fig.De exemplu, situsurile de legare a ligandului receptorilor glucocorticoizi la întreaga persoană și zebradanio sunt 74% identice, în timp ce receptorii înșiși sunt doar 50%.

Fig. 2. Utilitatea totală a zebradaniei în biomedicină depășește utilitatea totală a altor obiecte tradiționale – muștele de fructe și șoarecii (în conformitate cu McCammon J. M. și Sive H. Adresarea geneticii organismului de sănătate mintală //). Annu. Rev. Genomica Hum. Genet. 2015, voi. 16, 173-197, cu modificări)

Zebradanio demonstrează o similitudine fiziologică mare cu o persoană în sisteme importante, cum ar fi metabolice, hematopoietice, cardiovasculare și nervoase. O astfel de similitudine mare (omologie) face posibilă utilizarea zebradanio pentru o gamă largă de sarcini practice, de exemplu, pentru a crea modele experimentale (animale) de diabet, oncogeneză, vascularizare sau infact, precum și pentru a examina noi medicamente. in vivo. Sistemele neurochimice ale oamenilor și zebradanio sunt, de asemenea, izbitoare în similitudinea lor și, în ciuda diferențelor evidente în organizarea sistemului nervos central, zebradanio are multe structuri care sunt funcțional și morfologic similare cu multe zone ale creierului rozătoarelor și ale oamenilor.

Astăzi, zebradanio se utilizează în mod activ în neurobiologie datorită comportamentului pronunțat (și, în același timp, destul de complex) al puiilor și al peștilor adulți.De exemplu, la fel ca oamenii, zebradanio prezintă un răspuns pronunțat de stres comportamental și fiziologic sub acțiunea hormonului cortizol. Din acest motiv, modelele de tulburări de anxietate și depresie și corectarea lor farmacologică sunt create în mod activ pe baza comportamentului peștilor [1-6].

În același timp, sociabilitatea ridicată a zebradanio (mai mult de 90% din timpul petrecut în grupuri) le permite să fie folosite pentru a crea modele genetice și farmacologice ale autismului. Zebradanio neurobiologia a fost studiată în mod special în ultimii ani. Ca rezultat, au apărut multe modele valide ale bolilor cerebrale – psihoză, hiperactivitate, insuficiență cognitivă, toxidrom, epilepsie și neurodegenerare (Parkinson și Alzheimer) și a fost posibilă screeningul medicamentelor farmacologice pentru o terapie adecvată.

Studiile efectuate în 2008 pe zebradanio din laboratorul nostru arată că multe dintre trăsăturile comportamentale și psihologice complexe care au fost atribuite anterior doar animalelor cu sisteme nervoase foarte bine organizate sunt bine dezvoltate și pot fi observate în zebradanio.Astfel, peștii supuși stresului prelungit nu numai că demonstrează evoluția comportamentului anxios persistent și alte semne comportamentale ale tulburărilor de dispoziție, dar, de asemenea, suferă diverse modificări biochimice asociate cu anxietatea și depresia atât la oameni, cât și la rozătoare [1]. De exemplu, stresul prelungit mărește nivelul hormonului de stres cortizol și, de asemenea, afectează echilibrul citokinelor – regulatori imuni importanți atât la oameni și rozătoare, cât și în zebradanio [1]. Este important ca aceste fenomene în zebradanio să fie eliminate prin administrarea antidepresivelor – medicamente care reduc efectele stresului în clinică [1].

Efectul antidepresivelor a fost, de asemenea, luat în considerare de către laboratorul nostru în contextul sindromului serotoninergic – o afecțiune patologică cauzată de o "supradoză" a antidepresivelor serotoninice, pe care am descris-o recent pentru zebradania [2, 3]. Printre alte boli grave ale creierului asociate cu administrarea de medicamente farmacologice, am studiat sindromul dependenței și abstinenței la zebradanio, care au devenit o problemă clinică actuală în epoca noastră și apar atât ca urmare a abuzului de droguri, cât și în timpul tratamentului [4, 5].

În cele din urmă, studiem în mod activ efectele substanțelor psihoactive asupra Zebradan, inclusiv halucinogene puternice precum LSD, ketamină, fencyclidine, ibogaine, MDMA (ecstasy), salvinorina A și analogii lor [5-9]. Aproape toți cei de pe zebradanio au fost testați de noi pentru prima dată în lume. Toate medicamentele studiate din acest spectru au arătat o abilitate pronunțată de a induce comportament anormal în Zebradanio și răspunsuri fiziologice asociate cu stările halucinogene umane. Aceste studii care utilizează zebradanio sunt extrem de importante atât din punctul de vedere al găsirii de noi medicamente psihotrope (prin screening-ul unor noi molecule sintetizate în teste pe animale eficiente și necostisitoare), cât și din punct de vedere al creării de noi modele experimentale de boli umane cauzate de agenți farmacologici (așa-numitele toxidromuri).

Într-o analiză recentă aprofundată publicată în Revizuirea anuală a genomicii și a geneticii umaneProbabil, cele mai convingătoare sunt avantajele folosirii zebradaniei în biomedicina modernă (Figura 2). Dacă comparați nevertebratele (Drosophila), peștele și șoarecii zebrarad – cele mai frecvente obiecte de cercetare din laboratoare – în funcție de diferite criterii, de la similitudinea biologiei lor cu alte organisme la costul experimentelor cu acestea, se dovedeștecă utilitatea totală a zebradanio este mai mare decât cea a șoarecilor și a muștelor de fructe. Din păcate, ca model zebradan, începe să "înoate" în laboratoarele rusești.

Fig. 3. Număr de articole din baza de date PubMed (din decembrie 2017) folosind zebradanio (pe țară). În Rusia (*) doar aproximativ o sută de articole au fost publicate. Linia roșie punctată afișează dinamica generală a creșterii accentuate a numărului de publicații despre zebradanio în ultimii ani. Pieptene indică creșterea normalizată a numărului de publicații din ultimii 10 ani pe diferite obiecte de model. Rețineți că este zebradania care demonstrează dinamica maximă de creștere în rândul tuturor celorlalte modele de organisme din biomedicină (bazată pe raportul Prof. A. Kaluev la Consiliul Academic al Universității de Stat din Sankt Petersburg din 25 septembrie 2017, vezi online)

În special, din mai mult de 30 de mii de articole biomedicale despre zebradanio în România PubMed În prezent, Rusia reprezintă doar o sută de publicații (figura 3). Cu toate acestea, situația sa schimbat într-o oarecare măsură în ultimii ani, deoarece laboratoarele acvatice au fost deja înființate la universitățile rusești de frunte (Universitatea de Stat din St. Petersburg, Universitatea de Stat din Moscova, Universitatea federală Ural) și instituțiile academice din țară.În opinia noastră, ar fi foarte recomandabil să continuăm să desfășurăm cea mai activă activitate în Rusia cu privire la introducerea zebradanio în cercetarea științifică avansată în biologie și medicină.

literatură
1. Song C., și colab. Modelarea consecințelor stresului imprevizibil în zebra: efecte complexe asupra comportamentului și fiziologiei // Prog. Neuropsychopharmacol. Biol. psihiatrie, 2018. 81. p. 384-394.
2. Kolesnikova, T. O., și colab. Fenotipul de sindrom de toxicitate a serotoninei evocat în expunerea la zebră a adulților la amitriptilină, inhibitor al recaptării serotoninei / noradrenalinei triciclice // Al 8-lea Conferință ISBS "Stres și comportament", 2016. P. 27-28.
3. Stewart A.M., și colab. Perspective asupra modelelor experimentale de sindrom serotonin în zebrafish // Neurochem. Int., 2013. 62 (6). P. 893-902.
4. Cachat J., și colab. Modelarea sindromului de abstinență în zebrafish // Behav. Brain Res., 2010. 208 (2). P. 371-376.
5. Stewart A., și colab. Modelele Zebrafish pentru a studia fenotipurile legate de abuzul de droguri // Rev. Neurosci., 2011. 22 (1). P. 95-105.
6. Grossma L., și colab. Caracterizarea efectelor comportamentale și endocrine ale LSD asupra zebrafish // Behav. Brain Res. 2010. 214 (2). P. 277-284.
7. Riehl R., și colab. Efecte comportamentale și fiziologice ale expunerii la ketamină în zebrafish adult Neurotoxicol. Teratol., 2011. 33 (6). P. 658-667.
8. Cachat J., și colab. Efecte unice și puternice asupra zebrafish-ului asupra cercetării halucinogene a medicamentelor Behav. Brain Res.2013. 236 (1). P. 258-269.
9. Stewart A., și colab. Efectele comportamentale ale MDMA ("ecstasy") asupra zebrafish adulte // Behav. Pharmacol., 2011. 22 (3). P. 275-280.


Like this post? Please share to your friends:
Lasă un răspuns

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: