Трансгенный прорыв: лабораторные морские ежи светятся, как новогодние гирлянды

Морской ёж из восточной части Тихого океана Lytechinus pictus выглядит, как колючий шарик для пинг-понга. У него сравнительно короткие иглы, а питается он водорослями. Эти животные производят огромное количество сперматозоидов и икринок. Оплодотворение у них внешнее, то есть происходит в воде, что позволяет учёным наблюдать процесс зарождения новых ежей непосредственно и вблизи. Одно поколение даёт начало следующему через четыре-шесть месяцев.


В общем, эти морские ежи делятся с человеком куда большим количеством генетического материала, чем плодовые мушки. Причём никуда не спешат, не суетятся, что делает их почти идеальными лабораторными животными для специалистов по размножению. Вот почему учёные используют морских ежей для изучения развития клеток уже примерно 150 лет.

Почему «почти идеальными»? Биологи, работающие, например, с мышами, могут онлайн заказать грызунов с определёнными генетическими свойствами. В том числе трансгенных мышей, то есть тех, чьи гены были искусственно изменены для усиления или подавления определённых черт. А исследователям, работающим с морскими ежами, обычно приходится потрудиться при сборе биологического материала в океане.


— Амро Хамдун, профессор Океанографического института Скриппса Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Морские беспозвоночные составляют около 40% биологического разнообразия животного мира. И вместе с тем они фигурируют в ничтожной доле опытов над животными. Амро Хамдун задумался о том, что морские ежи могли бы стать в своём классе существ аналогом плодовых мушек или мышей в смысле доступности. Но чтобы это произошло, необходимо вывести в лаборатории специальных трансгенных подопытных.

После трудов на этом направлении Хамдун с коллегами опубликовали статью на сервере препринтов bioRxiv. Они сообщили об успешном внедрение фрагмента чужеродной ДНК —флуоресцентного белка медузы — в геном Lytechinus pictus. Генетически изменённые морские ежи передали внесённую в организм чужеродную особенность своему потомству, словно родную.



Так получились первые морские ежи, которые похожи на лампочки в новогодней гирлянде. Выведенные животные стали первыми трансгенными иглокожими. Это существенно приблизило к реальности цель Амро Хамдуна — сделать генетически модифицированных океанических существ доступными для биологов где угодно, а не только в исследовательских центрах близи Тихого океана.

На первом этаже лаборатории Хамдуна находится хранилище морской жизни. Это похожее на гараж помещение, забитое аквариумами с циркулирующей морской водой и разнообразной океанической флорой и фауной. Когда Хамдун запускает руку в аквариум за морским ежом, тот начинает довольно шустро скользить по ладони учёного, словно исследуя незнакомую местность.

Последний общий предок L. pictus и Homo sapiens, то есть человека, жил по меньшей мере 550 млн лет назад. Несмотря на разные эволюционные пути, которыми с тех пор двигались оба вида, наши геномы свидетельствуют об общем биологическом наследии.

Напомним, что такое зигота — это клетка, образующаяся в результате оплодотворения. Зиготу называют тотипотентной, то есть способной породить любую другую клетку. Генетические «приказы», которые управляют трансформацией единственной зиготы в растущее живое тело, поразительно схожи у обоих столь разных видов. Вот почему те же L. pictus имеют фундаментальное значение для научного понимания всего живого, сказал Хамдун.

Биолюминесценция, то есть свечение, трансгенных животных поможет исследователям отслеживать рост и развитие клеток в организме. Биологи могут наблюдать, как первичные клетки делятся и реорганизуются в нервную или сердечную ткань. В конечном итоге учёные смогут отключать отдельные гены и видеть, как это влияет на развитие. Зачем? А это поможет понять, как развивается наш собственный вид и почему это развитие не всегда идёт по плану.

Научный успех превратит морских ежей в модель для понимания нейробиологии, биологии развития и токсикологии, объяснил сторонний эксперт Кристофер Лоу, профессор биологии из Стэнфорда. Стремление сделать ещё одну линию животных доступными для коллег-учёных позволит исследовать, как продвигалась эволюция при решении многих проблем выживания.