Аквариумная рыбка помогает изучать работу сердца человека

А еще данио-рерио позволит подтвердить безопасность вакцин

Аквариумная рыбка данио-рерио (zebrafish, «дамский чулок») стала модельным организмом в биологии развития. На ее примере удается исследовать воздействие различных факторов на формирование и функционирование сердечно-сосудистой системы человека.

Данио-рерио — вид пресноводных рыб семейства карповых, впервые описанный в 1822 году канадским зоологом Фрэнсисом Гамильтоном. Эти маленькие (25–40 мм) тропические рыбки, обитающие в Южной и Юго-Восточной Азии, стали любимцами аквариумистов всего мира благодаря исключительной подвижности и яркой оливково-синей окраске с золотистым или серебряным отливом. В 1970-х годах американский ученый Джордж Стрейсингер предложил использовать этот вид в качестве модельного организма для изучения развития позвоночных на разных стадиях. Малые размеры, простота содержания, круглогодичная и частая (каждые 15–20 дней) возможность размножения с получением множества эмбрионов (100–2000) и малая длительность эмбрионального развития (три дня) делают данио-рерио весьма удобным объектом для наблюдения и манипуляций и позволяют проводить сравнительные эксперименты на потомстве, полученном от одной пары. К настоящему времени стадии развития данио-рерио хорошо изучены и воспроизводимы в различных условиях, в том числе на космической станции.

Известность данио-рерио приобрели благодаря генетическим экспериментам. Они стали первыми аквариумными генетически модифицированными организмами: в 2003 году им был вживлен флуоресцентный ген морских медуз, в результате чего данио-рерио приобрели яркую флуоресцентную окраску и звучное имя GloFish. Геном данио-рерио полностью секвенирован, 70% его генов гомологичны генам человека. Это позволяет эффективно использовать данио-рерио для моделирования и анализа различных болезней человека, в частности, для исследования фармакокинетики лекарственных препаратов, для проверки их токсичности, для создания трансгенных моделей онкологических заболеваний и для решения многих других медицинских задач.

В настоящее время разработана обширная база данных ZFIN (The Zebrafish Information Network), доступная онлайн, содержащая генетические, эволюционные и другие данные, характеризующие данио-рерио как модельный организм.

Важнейшим лабораторным применением данио-рерио стали исследования сердечно-сосудистых заболеваний. Благодаря сходству с человеком по частоте сердечных сокращений, электрокардиограмме предсердий и желудочков, форме потенциала действия данио-рерио широко используются в качестве модели для изучения врожденных кардиологических заболеваний, мониторинга развития кровеносных сосудов, свертываемости крови. Для контроля состояния сердечно-сосудистой системы рыбок используются эхокардиография, микроангиография, флуоресцентная визуализация и другие инвазивные методы.

Но особый интерес представляют неинвазивные, бесконтактные методы исследования и визуализации сердечно-сосудистой системы данио-рерио, а также оценки ее состояния и характеристик на ранних стадиях развития. Такие исследования позволяют отследить воздействие различных факторов на функционирование сердца и процесс его формирования. Благодаря прозрачности тела данио-рерио на эмбриональных и личиночных стадиях оптические наблюдения являются основным методом подобных исследований in vivo.

Известно, что модуляция скорости кровотока в живых организмах приводит к изменению коэффициента поглощения света. При исследовании данио-рерио показано, что изменение объема крови в области сердца проявляется в периодических временных зависимостях интенсивности света, проходящего через данную область.

Ученые из Научно-технологического центра уникального приборостроения РАН, биологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова и Университета ИТМО разработали отечественное оборудование и программное обеспечение, позволяющие in vivo по серии изображений эмбриона или личинки данио-рерио, полученных с помощью микроскопа проходящего света, автоматически визуализировать карту кровеносных сосудов, вычислить параметры и частоту сердечных сокращений и рассчитать скорость кровотока в различных сосудах. Эти данные могут быть использованы для неинвазивного анализа структуры сосудов, исследования динамики протекания различных заболеваний и воздействия различных факторов (температуры, радиации, вирусов и пр.) на функционирование сердечно-сосудистой системы. Данное исследование опубликовано в журнале Journal of Biophotonics.

Поскольку данио-рерио используется для моделирования и анализа воздействия широкого спектра бактериальных, вирусных и паразитарных патогенов, разработанный российскими учеными подход может найти применение для оперативного исследования влияния таких патогенов на функционирование сердечно-сосудистой системы и экспресс-тестирования эффективности и безопасности разрабатываемых вакцин, что особенно актуально в сегодняшней ситуации.

Александр Мачихин, доктор технических наук, ведущий научный сотрудник Научно-технологического центра уникального приборостроения РАН; Александр Бурлаков, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник кафедры ихтиологии МГУ им. М.В. Ломоносова; Михаил Волков, кандидат технических наук, доцент Университета ИТМО

Картина дня

Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...