Совместная работа Института цитологии и генетики и Института автоматики и электрометрии Сибирского отделения РАН позволила исследователям изучить механизмы криоконсервации эмбрионов и гамет.
Фото: Юрий Смитюк / ТАСС
Институт цитологии и генетики СО РАН начал эту работу с поиска способов сохранения генетического разнообразия диких видов семейства кошачьих. Одной из важных задач проекта стали криопротекторы и способы охлаждения, которые обеспечивали бы безвредное замораживание семени дальневосточного лесного кота, а также рыжей и евразийской рыси — с целью сохранения генетических ресурсов этих диких видов кошек.
— На эмпирическом уровне давно известно, что эмбрионы, содержащие большое количество липидов (жировых гранул внутри цитоплазмы), хуже переносят процесс охлаждения, отметил заведующий сектором Института цитологии и генетики, доктор биологических Сергей Амстиславский.— Наблюдая само явление, наука никак не могла объяснить причины его возникновения. А это важно, поскольку многие виды сельскохозяйственных животных, прежде всего свиньи, а также все представители отряда хищных имеют богатые липидами эмбрионы и яйцеклетки, что существенно усложняет процесс их криоконсервации.
Вспомогательные репродуктивные технологии очень востребованы в животноводстве, а также при сохранении диких и исчезающих видов млекопитающих. Отсюда — запрос на разработку безопасных методов криоконсервации именно этих видов животных — обладающих «жирными» яйцеклетками и эмбрионами. Нужного результата ученые пробовали добиться, снижая содержание липидов у эмбрионов свиней непосредственно перед их замораживанием. Но проведение такой процедуры делипидизации ведет к проблемам в развитии эмбриона уже после его оттаивания.
Чтобы продвинуться в решении этой задачи, необходимо было перейти от эмпирических оценок к пониманию: что происходит с липидами во время процедуры охлаждения эмбрионов и ооцитов (яйцеклеток). Эмбрионы и ооциты домашней кошки, которые тоже отличаются высоким содержанием липидов, оказались вполне подходящей и удобной экспериментальной моделью для изучения этого феномена.
Важным фактором, обеспечившим результат, стало объединение специалистов различных компетенций, чем славится новосибирский Академгородок. У сотрудников Института цитологии и генетики — большой опыт получения жизнеспособных эмбрионов животных семейства кошачьих путем экстракорпорального оплодотворения, что само по себе непростая задача, у них есть и общее понимание того, какие биологические процессы происходят при криоконсервации. А сотрудники Института автоматики и электрометрии создали оборудование, позволяющее заглянуть внутрь живых клеток в процессе их охлаждения — с использованием метода комбинационного рассеяния света. Это позволило наблюдать за происходящим в режиме реального времени, а также изучать биофизические процессы, происходящие во внутриклеточных липидных гранулах.
— Удалось зафиксировать переход липидов внутри эмбриона и внутри ооцита домашней кошки из одного фазового состояния в другое, и мы смогли определить важные параметры этого процесса,— продолжает Сергей Амстиславский.
Полученные данные, по словам ученых, имеют как фундаментальное значение для криобиологии, так и прикладную практическую ценность. С прикладной точки зрения детальное изучение происходящих в клетках процессов во время замораживания поможет сделать криоконсервацию более управляемой и повысит процент жизнеспособных эмбрионов и яйцеклеток после размораживания у проблемных в этом отношении видов домашних и диких животных.
Например, для диких родственников домашней кошки криоконсервация эмбрионов и в особенности яйцеклеток до сих пор большая проблема.
Исследования эти имеют и фундаментальное значение — может появиться теоретическое объяснение роли внутриклеточных липидов в процессах криоконсервации. Изучение роли внутриклеточных липидов в разнообразных процессах особенно актуально в связи с «пандемией» ожирения у людей. И кошки, точнее их эмбрионы, оказались очень удобной моделью для такой работы. В частности, ученые намерены посмотреть, как будет происходить развитие зародышей после искусственного снижения уровня липидов.
Одновременно ученые намерены насытить липидами эмбрионы мыши — в обычных условиях они отличаются низким содержанием жировых соединений, поэтому переживают заморозку намного лучше. Получившаяся экспериментальная модель позволит изучить «зеркальную ситуацию», а именно, понять, приведет ли насыщение липидами эмбрионов мыши к их большему повреждению в ходе замораживания.
Липиды — группа природных органических соединений, включающая жиры и жироподобные вещества. Молекулы простых липидов состоят из спирта и жирных кислот, сложных — из спирта, высокомолекулярных жирных кислот и других компонентов. Содержатся во всех живых клетках.
Криоконсервация — низкотемпературное хранение живых биологических объектов с возможностью восстановления их биологических функций после размораживания.