Генная инженерия продолжает шагать по планете, и вот уже самые любимые подопытные животные учёных всего мира – мыши – обзавелись не только генами человеческого грудного молока, но и голоса. Станут ли грызуны от этого ближе к людям? И какова выгода от многомиллионных вложений и труда сотен учёных?
Первое исследование провели биологи из Германии (хотя помогали им в этом исследователи многих стран мира). Они внедрили в ДНК мышей изменённую версию гена FOXP2, который считается главным "геном голоса" человека.
Его обнаружили в 2003 году. Тогда генетики изучили членов одной британской семьи. Половине из них по наследству передалось сложное нарушение речи (так называемая диспраксия, некоординированная работа языка, глотки и губ). Присмотревшись к геному больных, биологи выяснили, что их FOXP2 имеет другую форму (присутствует нефункциональная версия гена).
У мышей (и у шимпанзе) FOXP2 также устроен по-своему, в нём отсутствуют некоторые аминокислоты, присущие только человеку и его ближайшему родственнику неандертальцу, что позволяет предположить: "человеческая" версия и определяет нашу способность к общению.
И это понятно. В ходе эволюции геномы животных и птиц изменялись, но они научились общаться лишь с помощью отдельных звуков, лая или трелей. Человек способен создавать и воспринимать более сложную (настоящую) речь, потому и FOXP2 у него стал другим.
Пока разговаривать по-человечески мыши умеют лишь в фильмах и мультфильмах (фото и иллюстрация с сайтов wordpress.com и photobucket.com).
Зачем учёным такие опыты? Они хотят узнать больше о том, как именно человек приобрёл способность разговаривать.
Почему же тогда для исследований были выбраны мыши, а не более близкие к нам неговорящие шимпанзе, отделившиеся от Homo sapiens куда как позже? Во-первых, изменять генетический код мышей научились уже давно. С обезьянами всё гораздо сложнее: только недавно учёным наконец-то удалось создать трансгенную мартышку, которая не только оказалась здоровой, но и дала потомство. Во-вторых, по строению FOXP2 шимпанзе от мышей не отличаются. Кроме того, грызунов проще содержать и разводить.
И хотя генетических отличий у мыши и человека оказалось куда больше, чем считалось ранее, "ген речи" работает у грызунов похожим образом.
Стало быть, чтобы увидеть и понять различия, учёным необходимо было создать и сравнить две группы животных: обычных и с человеческой версией гена.
Что биологи и проделали. Конечно, мыши не стали тут же лепетать как младенцы, но кое-что всё-таки изменилось. Чтобы определить, что именно, биологам пришлось сопоставить обычных и трансгенных мышек по более чем сотне параметров.
Сравнение нейронов обычной и трансгенной мышки. Масштабные линейки соответствуют 25 микрометрам (иллюстрация Cell).
В результате учёные зафиксировали перемены в работе подкорковых узлов (basal ganglia), участков мозга, которые уже неоднократно связывали с речью. Также у подопытных мышек наблюдалось более сложное строение нейронов этих зон.
Кроме того, трансгенные мышата по-другому издавали ультразвуки (их учёные фиксировали, когда детёнышей выносили из уютного материнского гнезда).
Однако в своей статье, опубликованной в открытом доступе в журнале Cell, учёные отмечают, что коммуникативные навыки грызунов изучены слишком слабо. А потому понять, что же значат эти изменения, биологам так и не удалось.
Мышки уже умеют видеть как люди, теперь они почти научились говорить (иллюстрация Discover Magazine).
Также учёными было сделано ещё одно интересное наблюдение: несмотря на тот факт, что ген FOXP2 активно работает и в других тканях организма, его подмена на человеческую версию никак не отразилась на здоровье грызунов.
"В ходе этого исследования мы впервые поняли, что мыши помогают изучать не только болезни, но и нашу собственную историю", — рассказывает ведущий специалист Вольфганг Энард (Wolfgang Enard) из института эволюционной антропологии Макса Планка (Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie).
Делать какие-то конкретные выводы учёные пока не спешат, для этого необходимы дальнейшие исследования работы "человеческого" FOXP2 у мышей.
Пока же, по мнению этой научной группы, можно лишь предполагать, как те или иные эффекты могли отразиться на эволюции речи (впрочем, восстановить все этапы изменения голоса и его восприятия в любом случае не удастся).
Перейдём ко второй группе учёных из Института биологии гена РАН. Они работали в совершенно другой области, пытаясь воспроизвести в организме мышей процесс, который происходит в молочных железах женщин. Руководила группой Елена Садчикова.
Если с изучением эволюции развития речи всё более или менее понятно, то для чего биологам понадобилось внедрять в ДНК грызунов ген, который генерирует выработку белка женского грудного молока?
Много было сказано о пользе грудного вскармливания. Ясно одно, что никакая молочная смесь (даже с самым лучшим составом) и навороченная бутылочка не заменят ощущений от контакта ребёнка с матерью во время кормления грудью (фото с сайта essentialbaby.com.au).
Дело в том, что белок лактоферрин (lactoferrin) очень полезен для здоровья новорождённых, так как он защищает детей от вирусов и бактерий до того, как окрепнет их иммунитет (подсчитано, что детская смертность в его отсутствие увеличивается в 10 раз).
По этой причине лактоферрин мог бы стать очень важным компонентом молочных смесей, предназначенных для малышей, матери которых не могут кормить их собственным молоком.
Чтобы подоить мышь, приходится использовать анестезию и миниатюрную аппаратуру. Не слишком удобно для массового производства (фото NIH).
Но почему были выбраны именно мыши? Посылы всё те же: генетическая близость, быстрое размножение… Но есть и ещё одно важное свойство грызунов, которое, возможно, и определило выбор учёных. Если в грудном молоке кормящей женщины образуется порядка 4-5 граммов лактоферрина на один литр, то генетически изменённая мышь может давать до 160 граммов полезного вещества на литр!
Российские учёные вырастили уже несколько тысяч трансгенных мышей, дающих человеческий белок, теперь они перешли на коз (фото с сайта ehponline.org).
"Молоко мышей богато белками, можно предположить, что трансгенные грызуны также будут давать большие количества нужных человеку соединений", — добавляет Патрик ван Беркель (Patrick van Berkel), глава датской компании Genmab, также занимающейся выращиванием трансгенных животных.
Мыши благодаря проведённым генетическим изменениям стали первыми животными после человека, способными вырабатывать лактоферрин (напомним, что другие белки человеческого молока от животных уже получали, и неоднократно).
В будущем же биологи планируют наладить массовое производство лактоферрина с помощью трансгенных коз (опыты пока ещё не закончены и проводятся лишь на небольшом количестве особей).
По данным Daily Mail, в России уже существует ферма, на которой содержатся 90 коз, готовых к осеменению трансгенными козлами с "кодом" лактоферрина. Более подробно о настоящем положении дел можно почитать в этом материале РАН (фото William Stewart).
"Эти животные хороши тем, что их беременность почти в два раза короче, чем у коров, да и половой зрелости они достигают быстрее. Кроме того, они реже болеют и их проще содержать. А ещё у коз и человека мало одинаковых болезней, что также является большим плюсом", — говорит Садчикова.
Игорь Гольдман, директор Трансгенбанка Института биологии гена, добавляет, что лактоферрин можно считать натуральным антибиотиком, который могут принимать как дети, так и взрослые.
По поводу проводимых изменений состава молока он говорит так: "Да, мы имеем дело с генно-модифицированным продуктом. Но полученное молоко уже нельзя считать едой, скорее это лекарство. Я и сам побаиваюсь ГМИ, но в данном случае совсем другое дело. Полученный лактоферрин присутствует в нашем организме, а значит, он не может вызвать аллергию или какие-либо другие побочные эффекты".
Картина "Рождение Млечного Пути" Якопо Тинторенто отображает взгляд древних греков на ценность женского молока. Видно, что звёзды рождаются из капель, пролившихся из груди богини Геры (фото с сайта scienceblogs.com).
Возможно, в России когда-нибудь будут созданы крупные фермы, на которых животные станут давать заменители человеческого молока. Когда это будет и кто именно станет исполнять роль "кормилиц" (кролики, козы или всё же коровы), пока сказать трудно.
Что же касается приближения к человеку, то вряд ли когда-либо будут созданы настоящие гибриды людей и животных, обладающие какими-либо невероятными способностями вроде той же возможности разговаривать (по крайней мере, такие опыты уж точно не станут широко освещаться в прессе). Скорее животные будут опытными площадками для тестирования новых технологий и лекарств или же живыми фермами по выращиванию необходимых человечеству веществ и органов.
Первое исследование провели биологи из Германии (хотя помогали им в этом исследователи многих стран мира). Они внедрили в ДНК мышей изменённую версию гена FOXP2, который считается главным "геном голоса" человека.
Его обнаружили в 2003 году. Тогда генетики изучили членов одной британской семьи. Половине из них по наследству передалось сложное нарушение речи (так называемая диспраксия, некоординированная работа языка, глотки и губ). Присмотревшись к геному больных, биологи выяснили, что их FOXP2 имеет другую форму (присутствует нефункциональная версия гена).
У мышей (и у шимпанзе) FOXP2 также устроен по-своему, в нём отсутствуют некоторые аминокислоты, присущие только человеку и его ближайшему родственнику неандертальцу, что позволяет предположить: "человеческая" версия и определяет нашу способность к общению.
И это понятно. В ходе эволюции геномы животных и птиц изменялись, но они научились общаться лишь с помощью отдельных звуков, лая или трелей. Человек способен создавать и воспринимать более сложную (настоящую) речь, потому и FOXP2 у него стал другим.
Пока разговаривать по-человечески мыши умеют лишь в фильмах и мультфильмах (фото и иллюстрация с сайтов wordpress.com и photobucket.com).
Зачем учёным такие опыты? Они хотят узнать больше о том, как именно человек приобрёл способность разговаривать.
Почему же тогда для исследований были выбраны мыши, а не более близкие к нам неговорящие шимпанзе, отделившиеся от Homo sapiens куда как позже? Во-первых, изменять генетический код мышей научились уже давно. С обезьянами всё гораздо сложнее: только недавно учёным наконец-то удалось создать трансгенную мартышку, которая не только оказалась здоровой, но и дала потомство. Во-вторых, по строению FOXP2 шимпанзе от мышей не отличаются. Кроме того, грызунов проще содержать и разводить.
И хотя генетических отличий у мыши и человека оказалось куда больше, чем считалось ранее, "ген речи" работает у грызунов похожим образом.
Стало быть, чтобы увидеть и понять различия, учёным необходимо было создать и сравнить две группы животных: обычных и с человеческой версией гена.
Что биологи и проделали. Конечно, мыши не стали тут же лепетать как младенцы, но кое-что всё-таки изменилось. Чтобы определить, что именно, биологам пришлось сопоставить обычных и трансгенных мышек по более чем сотне параметров.
Сравнение нейронов обычной и трансгенной мышки. Масштабные линейки соответствуют 25 микрометрам (иллюстрация Cell).
В результате учёные зафиксировали перемены в работе подкорковых узлов (basal ganglia), участков мозга, которые уже неоднократно связывали с речью. Также у подопытных мышек наблюдалось более сложное строение нейронов этих зон.
Кроме того, трансгенные мышата по-другому издавали ультразвуки (их учёные фиксировали, когда детёнышей выносили из уютного материнского гнезда).
Однако в своей статье, опубликованной в открытом доступе в журнале Cell, учёные отмечают, что коммуникативные навыки грызунов изучены слишком слабо. А потому понять, что же значат эти изменения, биологам так и не удалось.
Мышки уже умеют видеть как люди, теперь они почти научились говорить (иллюстрация Discover Magazine).
Также учёными было сделано ещё одно интересное наблюдение: несмотря на тот факт, что ген FOXP2 активно работает и в других тканях организма, его подмена на человеческую версию никак не отразилась на здоровье грызунов.
"В ходе этого исследования мы впервые поняли, что мыши помогают изучать не только болезни, но и нашу собственную историю", — рассказывает ведущий специалист Вольфганг Энард (Wolfgang Enard) из института эволюционной антропологии Макса Планка (Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie).
Делать какие-то конкретные выводы учёные пока не спешат, для этого необходимы дальнейшие исследования работы "человеческого" FOXP2 у мышей.
Пока же, по мнению этой научной группы, можно лишь предполагать, как те или иные эффекты могли отразиться на эволюции речи (впрочем, восстановить все этапы изменения голоса и его восприятия в любом случае не удастся).
Перейдём ко второй группе учёных из Института биологии гена РАН. Они работали в совершенно другой области, пытаясь воспроизвести в организме мышей процесс, который происходит в молочных железах женщин. Руководила группой Елена Садчикова.
Если с изучением эволюции развития речи всё более или менее понятно, то для чего биологам понадобилось внедрять в ДНК грызунов ген, который генерирует выработку белка женского грудного молока?
Много было сказано о пользе грудного вскармливания. Ясно одно, что никакая молочная смесь (даже с самым лучшим составом) и навороченная бутылочка не заменят ощущений от контакта ребёнка с матерью во время кормления грудью (фото с сайта essentialbaby.com.au).
Дело в том, что белок лактоферрин (lactoferrin) очень полезен для здоровья новорождённых, так как он защищает детей от вирусов и бактерий до того, как окрепнет их иммунитет (подсчитано, что детская смертность в его отсутствие увеличивается в 10 раз).
По этой причине лактоферрин мог бы стать очень важным компонентом молочных смесей, предназначенных для малышей, матери которых не могут кормить их собственным молоком.
Чтобы подоить мышь, приходится использовать анестезию и миниатюрную аппаратуру. Не слишком удобно для массового производства (фото NIH).
Но почему были выбраны именно мыши? Посылы всё те же: генетическая близость, быстрое размножение… Но есть и ещё одно важное свойство грызунов, которое, возможно, и определило выбор учёных. Если в грудном молоке кормящей женщины образуется порядка 4-5 граммов лактоферрина на один литр, то генетически изменённая мышь может давать до 160 граммов полезного вещества на литр!
Российские учёные вырастили уже несколько тысяч трансгенных мышей, дающих человеческий белок, теперь они перешли на коз (фото с сайта ehponline.org).
"Молоко мышей богато белками, можно предположить, что трансгенные грызуны также будут давать большие количества нужных человеку соединений", — добавляет Патрик ван Беркель (Patrick van Berkel), глава датской компании Genmab, также занимающейся выращиванием трансгенных животных.
Мыши благодаря проведённым генетическим изменениям стали первыми животными после человека, способными вырабатывать лактоферрин (напомним, что другие белки человеческого молока от животных уже получали, и неоднократно).
В будущем же биологи планируют наладить массовое производство лактоферрина с помощью трансгенных коз (опыты пока ещё не закончены и проводятся лишь на небольшом количестве особей).
По данным Daily Mail, в России уже существует ферма, на которой содержатся 90 коз, готовых к осеменению трансгенными козлами с "кодом" лактоферрина. Более подробно о настоящем положении дел можно почитать в этом материале РАН (фото William Stewart).
"Эти животные хороши тем, что их беременность почти в два раза короче, чем у коров, да и половой зрелости они достигают быстрее. Кроме того, они реже болеют и их проще содержать. А ещё у коз и человека мало одинаковых болезней, что также является большим плюсом", — говорит Садчикова.
Игорь Гольдман, директор Трансгенбанка Института биологии гена, добавляет, что лактоферрин можно считать натуральным антибиотиком, который могут принимать как дети, так и взрослые.
По поводу проводимых изменений состава молока он говорит так: "Да, мы имеем дело с генно-модифицированным продуктом. Но полученное молоко уже нельзя считать едой, скорее это лекарство. Я и сам побаиваюсь ГМИ, но в данном случае совсем другое дело. Полученный лактоферрин присутствует в нашем организме, а значит, он не может вызвать аллергию или какие-либо другие побочные эффекты".
Картина "Рождение Млечного Пути" Якопо Тинторенто отображает взгляд древних греков на ценность женского молока. Видно, что звёзды рождаются из капель, пролившихся из груди богини Геры (фото с сайта scienceblogs.com).
Возможно, в России когда-нибудь будут созданы крупные фермы, на которых животные станут давать заменители человеческого молока. Когда это будет и кто именно станет исполнять роль "кормилиц" (кролики, козы или всё же коровы), пока сказать трудно.
Что же касается приближения к человеку, то вряд ли когда-либо будут созданы настоящие гибриды людей и животных, обладающие какими-либо невероятными способностями вроде той же возможности разговаривать (по крайней мере, такие опыты уж точно не станут широко освещаться в прессе). Скорее животные будут опытными площадками для тестирования новых технологий и лекарств или же живыми фермами по выращиванию необходимых человечеству веществ и органов.