В фильмах и телешоу дельфины часто изображаются как герои, которые спасают людей, проявляя замечательную силу и упорство. Теперь дельфины могут спасти положение людей и в реальной жизни - с помощью новой технологии, которая может измерять тысячи белков, и улучшенной базы данных, полной генетических данных.
«Дельфины и люди - очень, очень похожие существа», - сказал Бен Нили из NIST, член Группы морских биохимических наук и руководитель нового проекта в Морской лаборатории Холлингса, исследовательском центре в Чарльстоне, Юг. Каролина, в которую входит Национальный институт стандартов и технологий (NIST) в качестве одного из партнерских учреждений.«Как у млекопитающих, у нас есть несколько общих белков, и наши тела функционируют во многом схожим образом, хотя мы наземные существа, а дельфины живут в воде всю свою жизнь».
Нили и его коллеги только что закончили создание подробного списка всех белков, обнаруженных в геноме афалин. Геном - это полный набор генетического материала, присутствующего в организме. Проект Нили основан на многолетних исследованиях морских млекопитающих и направлен на то, чтобы обеспечить новый уровень биоаналитических измерений. Результаты этой работы помогут биологам, занимающимся дикой природой, ветеринарным специалистам и биомедицинским исследователям.
Карты белков могут помочь дельфинам и людям
Хотя подробная карта генома афалин (Tursiops truncatus) была впервые составлена в 2008 году, недавние технологические прорывы позволили создать новую, более исчерпывающую карту всех белков, продуцируемых ДНК дельфинов.
Нили возглавил процесс создания нового генома с помощью коллег из Морской лаборатории Холлингса. Для этого проекта первоначальное геномное секвенирование и сборка были выполнены частной американской компанией Dovetail Genomics. Затем геном был аннотирован Национальным центром биотехнологической информации в Национальной медицинской библиотеке (NCBI) с использованием ранее депонированных данных, полученных в значительной степени Национальными центрами изучения морской геномики Национального управления океанических и атмосферных исследований.
«Как только вы сможете идентифицировать все белки и узнать их количество, выраженное в геноме, - объяснил Нили, - вы сможете очень подробно выяснить, что происходит в биологических системах афалин».
Исследование Нили является частью новой области, называемой протеомикой. В случае с дельфинами протеомная работа имеет множество потенциальных применений.
Индустрия зоопарков и аквариумов, которая приносит доход примерно в 16 миллиардов долларов в год, может использовать его для улучшения ухода за афалинами.
Кроме того, улучшенная протеомика дельфинов может улучшить оценку популяций диких дельфинов и предоставить огромное количество данных о загрязнителях окружающей среды, а также о безопасности и здоровье мировой океанической пищевой сети.
Сравнение белков человека и этих других млекопитающих уже дает исследователям массу новой информации о том, как работает человеческое тело. Эти результаты в конечном итоге могут быть использованы для разработки новых, более точных методов лечения распространенных заболеваний.
По мере погружения морские млекопитающие перекрывают приток крови ко многим своим органам, что долгое время озадачивало и интриговало биологов. Напротив, если кровь перестает поступать к органам человеческого тела даже на несколько секунд, результатом может быть инсульт, почечная недостаточность или даже смерть.
Недавние исследования показали, что малоизвестные белки в крови морских млекопитающих могут играть большую роль в погружениях, защищая почки и сердца афалин от повреждений, когда поток крови и поток кислорода многократно включаются и останавливаются во время погружения. эти подводные вылазки.
Один из этих белков известен как vanin-1. Люди производят ванин-1, но в гораздо меньших количествах. Исследователи хотели бы собрать больше информации о том, может ли повышение уровня ванина-1 обеспечить защиту почек.
«Существует пробел в знаниях о генах и белках, которые они производят. Мы упускаем огромную часть головоломки в том, как эти животные делают то, что они делают», - сказал Майк Джанеч из Медицинского университета Южной Каролины. Его группа исследовала ванин-1 и определила множество других потенциальных биомедицинских приложений для генома дельфина, только что созданного NIST.
«Гены несут информацию о жизни», - сказал Янек. «Но белки выполняют функции».
От макроса к микро
Ванин-1 - лишь один из примеров того, как может оказаться полезной геномная информация об этом двоюродном брате млекопитающего. Могут быть сотни других подобных приложений, включая некоторые, связанные с лечением высокого кровяного давления и диабета.
Это представляет собой еще одно направление биомимикрии, которая ищет решения человеческих проблем, исследуя и имитируя образцы и стратегии природы. В прошлом биомимикрия была сосредоточена исключительно на структурных аспектах частей тела животных, таких как руки и ноги, или функциональных особенностях таких вещей, как носы и обнюхивание. Но по мере развития изучения ДНК росла и наша способность исследовать то, что происходит на самых мельчайших уровнях в теле другого млекопитающего.
«Сейчас мы вступаем в то, что можно было бы назвать эрой постмодельного организма», - сказал Нили. Вместо того, чтобы искать только структуру для моделирования, имитации или обучения, ученые также рассматривают полный молекулярный ландшафт генов и белков этих существ для моделирования процессов. «Благодаря обильным геномным ресурсам теперь можно изучать немодельные организмы с аналогичным молекулярным механизмом, чтобы решать сложные биомедицинские проблемы».
Данные, новые технологии и высококачественные образцы тканей
Чтобы собрать необходимую информацию о белках, Нили и его команда использовали образец, предоставленный Национальным банком тканей морских млекопитающих (NMMTB), самым продолжительным проектом банка морских образцов NIST. Половина из примерно 4 000 образцов морских млекопитающих в NMMTB собирается в рамках Программы реагирования на здоровье морских млекопитающих и их выброс на берег. Было известно, что образец, предоставленный Нили для исследования, был получен очень близко к Морской лаборатории Холлингса.
Новый современный геном сразу же начал давать новые биохимические данные. Исследования в NIST продолжаются для проверки обновленных карт белков с использованием трибридного масс-спектрометра сверхвысокого разрешения, который является самым мощным инструментом, доступным для идентификации и количественного определения белков.
Другие белки млекопитающих кажутся слишком многообещающими
Нили сказал, что результаты демонстрируют полезность повторного картирования геномов с улучшенными биоаналитическими возможностями, обеспечиваемыми новой технологией геномного секвенирования в сочетании с масс-спектрометрами высокого разрешения. Данные этого проекта также будут доступны в открытом доступе, чтобы другим было легко получить доступ к результатам и использовать их для различных приложений и исследований.
Это первый из многих подобных проектов, предпринятых чарльстонской группой, в рамках которых новые аналитические методы могут быть применены к морским животным. Изучение других ныряющих морских млекопитающих может улучшить наше понимание молекулярных механизмов, участвующих в нырянии. Кроме того, белки морских львов могут многое рассказать нам о метастатическом раке, что особенно интригует Нили и его коллег.
Как химик-исследователь, Нили говорит, что до сих пор он не проводил много времени, наблюдая за морскими млекопитающими в рамках своего рабочего времени. Однако он встречает дельфинов, когда занимается серфингом вдоль побережья Каролины.
«Удивительно думать, что мы находимся на этапе, когда передовые исследования морских млекопитающих могут напрямую способствовать биомедицинским открытиям человека», - сказал он.