Генетический конструктор: как модифицировать мышь?

Почти 30 лет назад человек впервые запатентовал живое существо, к созданию которого он приложил руку. 12 апреля 1988 года специализированное Ведомство США выдало ученым Гарвардского университета первый в мире патент на онкомышь (OncoMouse), она же — Гарвардская мышь. Это событие вызвало бурю протестов, направленных как против генномодифицированных организмов (ГМО), так и против правил патентования, позволяющих получить патент на млекопитающее. С той поры ученые создали много самых разных генномодифицированных мышей, благодаря которым наука значительно продвинулась вперед. MedAboutMe выяснял, что нужно человечеству от этих милых пушистых животных.

Как узнать, есть ли аллергия и на какие аллергены?

Пройдите онлайн-тест, чтобы узнать есть ли у вас аллергия

Почему мыши?

Конечно, помимо домовых мышей (Mus musculus), ученые используют в качестве объектов для своих экспериментов самых разнообразных животных и даже насекомых. Крысы, кролики, морские свинки, как и мыши — крайне удобны для научных целей. При небольших размерах тела у них интенсивный обмен веществ, они быстро растут, недолго вынашивают беременность и весьма плодовиты. Из грызунов любовью ученых также пользуются морские свинки и хомяки. Не столь удобны по ряду параметров, но тоже востребованы в научных лабораториях обезьяны, кошки, собаки, бараны, ослы, лошади, свиньи, коровы, а также некоторые птицы — гуси, утки и куры. Лягушки, рыбки данио и дрозофилы тоже нередко становятся невольными участниками экспериментов.

Но мыши — практически идеальные лабораторные животные. Их организмы хорошо исследованы, ДНК несет практически те же гены, что и наша, а ткани и органы очень сходны с человеческими.

Как вставить ген в мышь?

Все, что происходит в живом организме, так или иначе, является результатом наличия или отсутствия в нем определенных белков. Синтез белков происходит по «инструкции», заложенной в ДНК. За производство каждого белка отвечает свой ген.

Генная инженерия, позволяющая конструировать живые организмы, включая в них разные гены, активно развивается со второй половины прошлого века. Технология состоит из нескольких этапов:

1. Нужно получить отдельный ген — синтезировать его в пробирке. 
2. Полученный ген надо вставить в вектор — кольцевую молекулу ДНК (плазмиду) или безопасный вирус, с которым его можно будет отправить в клетку, предназначенную для модификации.
3. Вектор вводится в оплодотворенную яйцеклетку, в которой ДНК встраивается в геном.
4. Модифицированная яйцеклетка помещается в организм мыши, играющей роль «суррогатной матери».
5. На последнем этапе остается отобрать из потомства тех мышей, у которых есть нужные признаки, а значит, и нужный ген в ДНК.

Эта схема может незначительно варьировать, но смысл остается прежним. В зависимости от научных целей, существуют разные генноинженерные методы. Можно «ноукатировать», то есть удалить из генома определенные гены. Для этого на место правильного вставляют специальным образом измененный ген. А можно, напротив, вставить в ДНК гены, которых там ранее не было. Ученые также нередко вводят в ДНК различные маркеры, чтобы отслеживать работу изучаемых генов.

ГМ-мыши и болезни

Гарвардские мыши, с которых начиналась история патентования генномодифицированных животных, страдали от рака по заказу ученых. Но в принципе мышей можно модифицировать под любые задачи. Например, заставить их болеть человеческими болезнями. Так, обычные мыши не знают, что такое полиомиелит, потому что у них нет рецепторов, контактирующих с полиовирусом, поражающим человека. Но при необходимости в мышиную ДНК можно ввести ген, кодирующий этот рецептор — и ученые получат линию мышей, которые заболевают полиомиелитом, давая возможность человечеству искать методы борьбы с ним. Это, в частности, означает, что таким образом можно также «настроить» иммунную систему мыши подобно человеческой — и изучать различные болезни, которые обычным мышам неизвестны.

Мышей-носителей определенных генов можно спаривать друг с другом, чтобы получить комбинацию признаков у одного животного. Таким образом ученые вывели линию мышей с болезнью Альцгеймера. Они скрестили мышей из двух линий: у животных из одной линии активно формировались амилоидные бляшки, а у мышей из другой — происходила агрегация тау-белка. Получившиеся гибриды гарантированно имели болезнь Альцгеймера.

А в проекте, посвященном изучению ожирения, главную роль играли ГМ-мыши, несущие в своей ДНК дополнительную копию гена FTO. Такие животные весили на 10-20% больше мышей с нормальным количеством генов. Существуют также линии мышей, страдающих от сердечной недостаточности, или мыши, организм которых не может вырабатывать тот или иной белок.

Генномодифицированные мыши используются для изучения таких недугов, как сердечно-сосудистые заболевания, диабет, артрит, болезнь Паркинсона и даже некоторые расстройства психики — наркомания, тревожность и др. Мыши также задействованы в экспериментах в области старения.

Топ-5 необычных ГМ-мышей

Иногда ученым в голову приходят совершенно неожиданные идеи по созданию генномодифицированных организмов и, в частности, мышей. А иногда наука преподносит неожиданные сюрпризы.

• Мыши-саперы.

В 2012 году американские ученые продемонстрировали животных, вынюхивающих запах взрывчатки в 500 раз лучше, чем обычные мыши. Количество рецепторов, реагирующих на ди-, тринитротолуол и подобные им вещества, было увеличено методами генной инженерии. Животные были также снабжены подкожными чипами, которые передавали оператору сигнал о характерных изменениях в поведении мышей при обнаружении взрывчатки. И никакой многомесячной дрессировки.

• Чирикающие мыши.

Мыши, поющие как птицы, получились у японских ученых случайно. Исследователи занимались так называемым кросс-разведением ГМ-мышей. На тот момент им уже удалось получить животных, похожих на таксу — с короткими хвостами и лапками. А потом вместо ожидаемых мышей-гигантов получились поющие мыши. Теперь эта линия мышей используется для изучения эволюции речи.

• Бесстрашные мыши.

И снова в роли творцов выступили японские исследователи. На сей раз они удалили у мышей ген, заставляющий их испытывать страх от запаха кошки. Достаточно было лишить мышей определенных рецепторов, чтобы ГМ-мыши вместо того, чтобы исчезнуть при виде кошки, шли с ней играть. Теперь ученые посматривают в сторону солдат и думают, как лишить их страха перед противником, не прибегая к химическим веществам, вызывающим побочные эффекты.

• Супермыши.

Лет 10 назад СМИ наперебой публиковали сообщения о супермышах, которые в 7 раз активнее своих обычных собратьев. Утверждалось, что в то время, как рядовая мышь с трудом преодолевает за раз 200 м, генномодифицированные мыши-супермены бегут без остановки по 5 км. При этом они умудрялись есть на 60% больше обычных животных, а иметь вес в 2 раза меньше — мечта любого спортсмена. А еще они больше жили и дольше размножались, чем это должно было быть в норме. Причиной этих сверхспособностей являлась суперэкспрессия гена PEPCK-C.

• Светящиеся мыши.

В организм этих животных был введен ген, который кодирует зеленый флуоресцентный белок (GFP), в природе встречающийся у медузы Aequorea victoria. В данном случае ничего экстраординарного не было сделано. Мыши стали одним из нескольких видов животных, которых ученые заставили светиться в ультрафиолетовых лучах. Помимо них, в лабораториях также появились зеленые фосфоресцирующие кролики, рыбки данио, свиньи и даже гончие.

Опасны ли генномодифицированные мыши?

• Даже если супермышь догонит человека и прокусит ему палец, он не станет от этого суперменом. Внедренные в организм экспериментального животного гены передаются только его потомству стандартным, предназначенным природой путем.
• Генномодифицированную светящуюся свинью можно съесть — и она переварится в человеческом желудке вместе со всеми своими модифицированными генами, распавшись на компоненты — белки, жиры и углеводы. И никаких шансов на то, что шевелюра человека, съевшего такое животное, засветится в темноте.
• В целом, это значит, что генномодифицированные мыши, как и любой ГМ-организм, безопасны, интересны и крайне полезны для человечества.