A Zebradanio a biomedicinban egereket és gyümölcsléket préselt

A Zebradanio a biomedicinban egereket és gyümölcsléket préselt

Alan Kaluev, Konstantin Demin
"Trinity Option" №4 (248), 2018. február 27

Zebradanio

A szerzőkről

Alan Kaluev – PhD, idegtudományi szakember, biológiai pszichiátria és neuropharmacology, professzor és vezető. Biológiai Pszichiátriai Laboratórium, Fordító Biomedicina Intézet, Szentpétervári Állami Egyetem; tudományos. et al. Ural Szövetségi Egyetem, Élettani Intézet, Szibériai Branch, Orosz Tudományos Akadémia, Professzor, Pharmacy Kar, Southwestern Egyetem (Kína).

Konstantin Demin – Szentpétervári Állami Egyetem végzős hallgatója, a Kísérleti Orvostudományi Intézet kutatója Almazov V.A. az Oroszország Egészségügyi Minisztériumától.

Az akvaristák körében népszerű halak zebradanio (Danio rerioEng. zebradánió), mely a csíkos szín miatt kapta nevét, az elmúlt években a genetika, a molekuláris biológia, az embriológia, a farmakológia és a közelmúltban a neurobiológiában hatékony modellvé vált. Első ízben egy amerikai biológus, George Streisinger érdekelt ebben a szervezetben, mint laboratóriumi tárgynak az 1960-as években.

A zebradanio mint modellszervezet alkalmazása (pl.a biológiai folyamatok szimulációjával) számos előnnyel jár, beleértve a genetikai manipuláció kényelmét, valamint a halakra jellemző külső megtermékenyítést, gyorsított fejlődést, magas termékenységet és kis méretű (kb. 2,5-3,0 cm felnőtt korban). Ezenkívül olcsóak és nagyon könnyen karbantarthatók és hígíthatók a laboratóriumban (1.

Ábra. 1. Zebradanio mint modellszervezet az orvosbiológiai kutatásban

A zebradánió legfontosabb szervei a műtrágyázást követő öt napon belül fejlődnek, és már három hónappal a születést követően a hal reprodukálható – mindez a szervezet fejlődésének magas szintjét jelzi. Ugyanakkor, a zebradanio hosszabb ideig él az egérnél (átlagosan 4-5 évvel szemben). Ezért kiváló és gazdaságos célt szolgálhatnak az öregedés biológiájának tanulmányozására.

A zebraradiális embriók és a sütemények áttetszőek, ami lehetővé teszi mikroszkóp alatt a fejlődés különböző szakaszainak feltérképezését. Ez különösen fontos az optogenetikai megközelítés, valamint a genetikai expressziós profilok vizualizálásához in vivo. Van egy mutáns vonal Casper (Casper), ami még felnőttkorban is átlátszó, ami nagyban leegyszerűsíti a genetikai, anatómiai és élettani manipulációkat ezekkel a halakkal.

A csonthal biológiájának egyik fontos jellemzője, hogy túlélte a genom többszörözését. A zebradániában az ilyen duplikált gének lehetnek funkcionálisak vagy nem, és még új funkciókat is hordoznak, amelyek nem karakterisztikusak a másolt génnel szemben. Az ugyanazon gén több példányának jelenléte lehetővé teszi a Zebradanio knockout-okban való azonosítását, amely az emberekre és az egérre létfontosságú, és csak egy példányban jelenik meg.

Jelenleg a zebradanio genetikáját nagyon jól vizsgálták, és szekvenált genomjuk 26 206 fehérjét kódoló gént tartalmaz, köztük 71,4% ortológot (vagyis a homogenizált géneket a filogenetikailag összefüggő organizmusok, amelyek különböztek a speciáció során) humán gének és 82% különböző emberi betegségekhez kapcsolódó gének. A farmakológiai hatások és célpontok szintén nagyon hasonlóak (kb. 85-90% egybeesik a zebradániában, a rágcsálókkal és az emberekkel), mivel a genetikai hasonlóság általában sokkal hangsúlyosabb az enzimek, csatornák és receptorok aktív helyén (2.Például a glükokortikoid receptorok ligandumkötő helyei az egész személyben és a zebradániában 74% -ban azonosak, míg a receptorok maguk csak 50% -ban.

Ábra. 2. A zebradániának a biomedicin teljes hasznossága meghaladja a többi hagyományos objektum – gyümölcslé és egér teljes hasznosságát (McCammon J.M. és Sive H. szerint: A mentálhigiénés szervezet genetikája). Annu. Rev. Genomika Hum. Genet. 2015, Vol. 16, 173-197, módosításokkal)

A Zebradanio magas fiziológiai hasonlóságot mutat az emberrel olyan fontos rendszerekben, mint a metabolikus, vérképző, kardiovaszkuláris és ideges. Az ilyen nagy hasonlóság (homológia) lehetővé teszi a zebradanio gyakorlati feladatok széles körének használatát, például a cukorbetegség, az onkogenezis, az érrendszeri vagy infarktus kísérleti (állat) modelleinek létrehozására, valamint az új gyógyszerek megjelenítésére. in vivo. Az emberek és a zebradanio neurokémiai rendszerei szintén hasonlóak, és a központi idegrendszer szervezettségének nyilvánvaló különbségei ellenére a zebradániának számos szerkezete van, amelyek funkcionálisan és morfológiailag hasonlóak a rágcsálók és az emberek agyának számos területéhez.

Napjainkban a zebradaniót aktívan használják neurobiológiában, mind a sertésfélék, mind a felnőtt halak kifejezett (és ugyanakkor összetett) viselkedése miatt.Például, mint az emberek, a zebradanio kimagasló viselkedési és fiziológiai stresszreakciót mutat a hormon kortizol hatása alatt. Ennek következtében a szorongás-depressziós rendellenességek modellje és farmakológiai korrekciója aktívan létrejön a halak viselkedése alapján [1-6].

Ugyanakkor a zebradánió (a csoportban töltött idő több mint 90% -a) nagyfokú szociabilitása lehetővé teszi számukra az autizmus genetikai és farmakológiai modelljeinek létrehozását. A Zebradanio neurobiológiát az utóbbi években különösen aktívan tanulmányozták. Ennek eredményeképpen számos agyi megbetegedés modellje jelent meg: pszichózis, hiperaktivitás, kognitív károsodás, toxidromák, epilepszia és neurodegeneráció (Parkinson-kór és Alzheimer-kór), és a megfelelő terápiára alkalmas farmakológiai gyógyszerek szûrése vált lehetõvé.

A laboratóriumi zebradanio óta 2008-ban végzett vizsgálatok azt mutatják, hogy a komplex viselkedési és pszichológiai vonások, amelyeket korábban csak a magasan szervezett idegrendszerű állatoknak tulajdonítottak, jól fejlettek és zebradániában is megfigyelhetők.Így a hosszantartó stressznek kitett halak nemcsak a tartósan ideges viselkedés és a hangulati rendellenességek egyéb viselkedési jeleinek kifejlődését mutatják ki, hanem mind az emberekben, mind a rágcsálókban a különböző szorongással és depresszióval járó biokémiai változásokon mennek keresztül [1]. Például az elhúzódó stressz növeli a stressz hormon kortizol szintjét, és felborítja a citokinek egyensúlyát – fontos immunrendszert mind az emberben, mind a rágcsálókban és a zebradániában [1]. Fontos, hogy ezeket a jelenségeket a zebradániában eltávolítsák antidepresszánsokkal – olyan gyógyszerekkel, amelyek csökkentik a stressz hatásait a klinikában [1].

Az antidepresszánsok hatását laboratóriumunk a szerotonin szindróma összefüggésében is vizsgálta – a szerotonin-antidepresszánsok "túladagolásával" járó patológiás állapotot, amit a közelmúltban zebradániában [2, 3] idézettünk elő. A farmakológiai gyógyszerek szedésével kapcsolatos egyéb súlyos agyi megbetegedések között a zebradánián szenvedő addiktológiai és kivonási szindrómát tanulmányozták, amelyek napjainkban klinikai problémává váltak, és mind a kábítószerrel való visszaélés, mind a kezelés során felmerülnek [4, 5].

Végül aktívan tanulmányozzuk a pszichoaktív anyagok Zebradanra gyakorolt ​​hatását, beleértve az olyan erős hallucinogéneket, mint az LSD, ketamin, fenciklidin, ibogain, MDMA (ecstasy), salvinorin A és ezek analógjai [5-9]. Majdnem mindegyiket a zebradánián tesztelték először a világon. Az összes vizsgált gyógyszer ezen a spektrumon kimutatható képességet mutatott arra, hogy kóros viselkedést indukál a Zebradanio-ban és az emberi hallucinszerű állapotokhoz társuló fiziológiai válaszokat. Ezek a zebradánium-vizsgálatok rendkívül fontosak mind az új pszichotróp gyógyszerek (az újonnan szintetizált molekulák hatékony és olcsó állatokon végzett vizsgálatával), mind pedig a farmakológiai ágensek (az úgynevezett toxidromok) által okozott emberi betegségek új kísérleti modelleinek kialakítása szempontjából.

Egy közelmúltban megjelent mélyreható elemzésben A genomika és a humán genetika éves áttekintéseTalán a legmeggyőzőbbek a zebradániának a modern biomedicin használatának előnyei (2. Ha hasonlítjuk össze a gerincteleneket (Drosophila), a zebrarad halakat és az egereket – a laboratóriumok leggyakoribb kutatási tárgyait – különböző kritériumok szerint, biológiájuk hasonlóságától a más organizmusoktól a kísérleti költségekhez képest, akkor kiderülhogy a zebradanio teljes haszna meghaladja az egerekben és a gyümölcslében. Sajnos, mint zebradai modell, csak kezd "úszni" az orosz laboratóriumokban.

Ábra. 3. Az adatbázisban szereplő cikkek száma PubMed (2017 decemberéig) a zebradanio használatával (országonként). Oroszországban (*) csak mintegy száz cikk jelent meg. Piros vonal az elmúlt években a zebradánián megjelent publikációk számának jelentős növekedésének általános dinamikáját mutatja. Kördiagram az elmúlt 10 év során publikált publikációk számának normalizált növekedését mutatja különböző modell objektumokon. Meg kell jegyezni, hogy a zebradániában a biomedicin minden más modellszervezete maximális növekedési dinamikáját mutatja (Prof. A. Kaluev professzor jelentése a Szentpétervári Állami Egyetem Akadémiai Tanácsán 2017. szeptember 25-én, lásd online)

Különösen a zebradániótól származó több mint 30 ezer biomedikai cikkből származik PubMed Oroszország ma csak mintegy száz kiadványt (3. Mindazonáltal a helyzet az utóbbi években némileg megváltozott, hiszen a vezető orosz egyetemeken (Szentpétervári Állami Egyetem, Moszkvai Állami Egyetem, Ural Szövetségi Egyetem) és az ország akadémiai intézményein már létrehoztak vízi laboratóriumokat.Véleményünk szerint nagyon hasznos lenne folytatni a legaktívabb oroszországi munkát a zebradanio bevezetésében a biológiában és az orvostudomány fejlett tudományos kutatásaiban.

irodalom
1. Song C., et al. A kiszámíthatatlan stressz modellező következményei a zebrafish-ban: összetett hatások a viselkedésre és a fiziológiára // Prog. Neuropsychopharmacoi. Biol. pszichiátria, 2018. 81. 384-394.
2. Kolesnikova, T. O., et al. Szerotonin toxicitási szindróma-szerű fenotípus felnőtt felnőtt zebrafish-ban az amitriptilin, triciklusos szerotonin / noradrenalin újrafelvétel gátló hatására idézve // ​​8. "Stressz és viselkedés" ISBS Conference, 2016. P. 27-28.
3. Stewart A. M. és munkatársai: A szerotonin szindróma kísérleti modelljeinek perspektívái a zebrafishban // Neurochem. Int., 62 (6). P. 893-902.
4. Cachat J., et al. Modellezési elvonási szindróma a zebrafishben // Behav. Brain Res., 2010. 208 (2). P. 371-376.
5. Stewart A., et al. Zebrafish modellek a kábítószer-fogyasztással kapcsolatos fenotípusok tanulmányozásához // Rev. Neurosci., 2011. 22 (1). P. 95-105.
6. Grossma L., et al. Az LSD viselkedési és endokrin hatásainak jellemzése a zebrahalra // Behav. Brain Res. 2010. 214 (2). P. 277-284.
7. Riehl R., et al. A ketamin expozíció viselkedési és élettani hatásai felnőtt háborúban // Neurotoxicol. Teratol., 2011. 33 (6). P. 658-667.
8. Cachat J., et al. A hallucinogén kábítószer-kutatásra kifejtett egyedülálló és hatásos hatás a zebrafish számára Behav. Brain Res.2013. 236 (1). P. 258-269.
9. Stewart A., et al. Az MDMA viselkedési hatásai ("ecstasy") a kifejlett zebrákon // Behav. Pharmacol., 2011. 22 (3). P. 275-280.


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

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