Мышиный лемур - самый маленький примат в мире - может изменить область генетики и служить идеальной моделью для широкого спектра биологии, поведения и медицины приматов, включая сердечно-сосудистые заболевания и болезнь Альцгеймера, Стэнфордский университет. Исследователи Школы медицины говорят.
В течение десятилетий ученые полагались на мышей, плодовых мушек и червей в качестве генетических моделей, но, несмотря на весь их успех, эти организмы обычно не в состоянии имитировать многие аспекты биологии приматов, включая многие болезни человека, сказал Марк Красноу, доктор медицинских наук., кандидат биологических наук, профессор биохимии.
Разочарованные отсутствием хорошей исследовательской модели, Краснов и его коллеги обратились к мышиным лемурам и начали проводить подробные физиологические и генетические исследования сотен этих миниатюрных, послушных существ в тропических лесах Мадагаскара.
Работая в финансируемой Стэнфордом лаборатории в островной стране, ученые сообщают, что они уже идентифицировали более 20 отдельных лемуров с уникальными генетическими признаками, включая ожирение, высокий уровень холестерина, высокий уровень сахара в крови, сердечные аритмии, прогрессирующие нарушения зрения. болезни, двигательные и личностные расстройства. Они надеются, что дальнейшее изучение этих многочисленных приматов может привести к лучшему пониманию и, возможно, более эффективному лечению этих и других состояний у лемуров и людей.
'Огромный потенциал'
Я думаю, что лемуры-мыши имеют большой потенциал для нашего понимания биологии, поведения и сохранения приматов, так же как плодовые мушки и мыши за последние 30 или 40 лет изменили наше понимание биологии развития и многих других области биологии и медицины», - сказал Краснов.«Некоторые из самых увлекательных и важных вопросов, на которые необходимо ответить, касаются приматов. Для них нам действительно нужно что-то помимо людей, чтобы дополнить работу, проделанную с плодовыми мушками и мышами».
Документ, описывающий выводы исследователей, будет опубликован в Интернете 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 заболевания легких - области его знаний, - поручил трем стажерам средней школы изучить животный мир в поисках чего-то лучшего. К концу лета стажеры придумали мышиного лемура, который соответствует всем необходимым критериям: Как и мыши, эти животные маленькие (примерно в два раза больше мыши), быстро развиваются, быстро размножаются, производят много потомства., недороги и просты в обслуживании и управлении. С точки зрения генетики, лемуры-мыши занимают промежуточное положение между людьми и мышами, сказал Краснов.
«Когда я разговариваю с учеными, их лица светятся, когда я рассказываю им о мышиных лемурах, потому что они размером с мышь, но они приматы, так что это имеет огромное значение», - сказал Эзран, который был один из стажеров средней школы. «Я думаю, что они действительно обладают огромным потенциалом для биологических, поведенческих и медицинских исследований в целом».
В начале проекта Красноу обратился к ветеринарам из Стэнфорда и в конечном итоге нанял Меган Альбертелли, доктора медицинских наук, доктора медицинских наук, доцента сравнительной медицины. Генетик и специалист по приматам, Альбертелли сказала, что сначала она скептически относилась к идее лемуров как животных моделей, но вскоре воодушевилась, осознав их огромный потенциал для понимания неврологических проблем, заболеваний глаз и других состояний, в которых мышиные модели потерпели неудачу.
Поездка во Францию
Она сопровождала группу в поездке во Францию, чтобы встретиться с учеными, которые годами изучали лемуров в лаборатории. Французская команда обнаружила, что у некоторых стареющих лемуров развивается слабоумие и накапливаются бляшки в мозгу, напоминающие бляшки у пациентов с болезнью Альцгеймера.
«Я видел, что они были многообещающими моделями болезни Альцгеймера», - сказал Альбертелли. «Болезнь Альцгеймера - это состояние, которое трудно смоделировать у других видов животных, так что это было очень интересно».
Мышиные лемуры обитают исключительно на Мадагаскаре, где они водятся в большом изобилии. Десятки миллионов из них населяют остров. В то время как лемуры, как правило, 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».
Исследователи из Стэнфорда 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 лемуров, структуру семьи и поведение.
Во время периодических посещений острова Краснов и его коллеги научились ловить лемуров бурой мыши в тропическом лесу недалеко от исследовательской станции, используя крошечный кусочек банана внутри ловушки в качестве приманки. Затем ученые пометили и сфотографировали каждое животное, провели тщательный медицинский осмотр, проанализировали их на предмет поведенческих проблем и аномалий и взяли каплю крови для детального генетического исследования и исследования сыворотки. Затем животных выпустили обратно в дикую природу, чтобы исследователи могли наблюдать за ними в течение долгого времени, чтобы увидеть, как окружающая среда может влиять 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.
'Яркие личности'
У лемуров есть характерные особенности, сказал Краснов, и исследователи дали каждому из них имя, основанное на его внешности или поведении. Например, одного назвали Злучим за его необычайно агрессивный характер; большинство лемуров послушны.
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 мышам для создания «нокаутных» мышей - или животных с настроенными генами - они обнаружили, что могут находить естественные 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, а также взаимосвязь между генами и окружающей средой.
«Вместо того, чтобы вводить мутации у мышей или плодовых мушек, мы делаем нечто гораздо более похожее на то, что делается у людей», - сказал он. «Мы смотрим на все замечательные генетические вариации, уже существующие в природе, поскольку существует так много миллионов мышиных лемуров. Мы подсчитали, что большинство «нокаутных» мутаций уже присутствуют в природе, и все, что нам нужно сделать, это найти их.. А поскольку стоимость секвенирования генома быстро снижается, теперь можно секвенировать геномы тысяч мышиных лемуров, чтобы увидеть, какие мутации они несут».
При этом исследователи могли бы за несколько лет достичь того, что за ничтожную долю затрат будет достигнуто Международным консорциумом нокаутных мышей за 10 лет, стоимостью почти 1 миллиард долларов, сказал он.
Но проекту может понадобиться дополнительный персонал, поскольку процесс отлова животных и их проверки в лаборатории трудоемкий, сказал он. Он и его коллеги придумали многоцелевое решение, которое внесет вклад в местную систему образования и поможет сохранить популяции лемуров на Мадагаскаре, средам обитания которых угрожают фермерские хозяйства, добыча полезных ископаемых и лесозаготовки, сказал он.
Помощь студентов
Группа разрабатывает учебную программу по естественным наукам для использования в малагасийских средних школах, в которой учащиеся изучают биологию, исследуя богатую среду прямо за пределами своих школьных зданий. Среди инструкторов Ману Пракаш, доктор философии, доцент кафедры биоинженерии в Стэнфорде и пионер в области «бережливой науки», который привез на Мадагаскар свои мощные бумажные микроскопы за 1 доллар и научил студентов исследовать микроскопический мир, в котором они живут., в том числе вшей в их волосах, патогенов в воде и болезнетворных паразитов в окружающей среде. Учебная программа впервые была представлена студентам университетов, некоторые из которых сейчас исследуют лемуров в Стэнфордской лаборатории на Мадагаскаре.
«Мы увидели в этом возможность, потому что собираемся изучать уникальных животных, а также биологию и экологию Мадагаскара, который не имеет себе равных в мире», - сказал Краснов. «Это горячая точка № 1 по биоразнообразию, но большинство студентов не осознают, что у них есть на заднем дворе, потому что их учат по учебникам и у учителей, которые учились у европейцев».
Он сказал, что исследователи надеются расширить научные программы на всех уровнях образования, помогая готовить 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 для будущего.
"Мы пытаемся сделать это уважительно и помочь лемурам и жителям Мадагаскара, освещая многие аспекты биологии приматов и болезней человека", - сказал он.
Исследователи планируют сделать информацию о генетическом секвенировании и фенотипировании, которую они получают от лемуров, общедоступной, чтобы исследователи во всем мире могли воспользоваться этой сокровищницей знаний, сказал Альбертелли.