Прионы, агрессия и защечные мешки

Каких только грызунов не используют в лабораторных исследованиях! Хомячки, например, помогают изучать инфекционные болезни, перспективы пересадки органов, механизмы агрессии и многое другое.

Чаще других в лабораториях можно встретить сирийского хомячка Mesocricetus auratus. Его еще называют золотистым либо переднеазиатским. Размер он имеет небольшой, весит 100 граммов или чуть больше. Вероятно, все лабораторные сирийские хомячки происходят от одного самца и двух его сестер, пойманных в Сирии в 1930 году. Их потомков в 1931-м нелегально, в собственных карманах, вывез в Великобританию для исследовательских целей израильский паразитолог Савл Адлер. От них же происходят и те представители этого вида, что живут с человеком на правах домашних любимцев. А вот в Новый свет «сирийцы» попали лишь во время Второй мировой войны.

Фото: flickr.com/emulshere pellculas

Хождение за хомячками

Савл Адлер Фото: Werner Braun

Многие хомячки, как и прочие грызуны, переносят инфекции, поражающие и человека. Одна из таких инфекций лейшманиоз, заболевание кожи, вызванное простейшим лейшманией. В начале тридцатых годов XX века лейшманиоз представлял большую проблему на территории нынешнего Израиля и в его окрестностях. Савл Адлер пытался моделировать болезнь на китайских хомячках, но потерпел неудачу — эти животные никак не хотели размножаться в неволе, а поставки выловленных в дикой природе грызунов из Китая были непредсказуемы: в то время на него как раз собиралась напасть Япония.

Тогда Адлер попросил своего коллегу зоолога Израэля Аарони отловить несколько «местных» грызунов, близких к «китайцам», — сирийских хомячков. И Аарони это удалось. В экспедиции по окрестностям Алеппо с помощью гида-сирийца он поймал самку и десять ее новорожденных детенышей. К сожалению, мать почти сразу же начала пожирать своих отпрысков, из-за чего ее пришлось умертвить, а хомячков кормить молоком вручную. Чуть позже шестеро из них сбежали, а один самец загрыз сестру. Животных осталось трое. Несмотря на все эти пертурбации, за год колония Аарони выросла до 150 особей.

И все же этого было мало для изучения лейшманиоза и других паразитарных заболеваний. Поэтому Адлер и решил распространить сирийских хомячков по различным лабораториям за пределами Израиля — чтобы сделать популяцию стабильной. Кстати, десятью годами позже он создал первую вакцину от лейшманиоза, которой впоследствии долгое время пользовались и в СССР. Она была разработана с использованием данных, полученных при работе с сирийскими хомячками. Эти животные помогли прояснить механизм заражения лейшманиями и то, как конкретно эти простейшие действовали на организм.

Мешки, сосуды и пересадки

Сирийские хомячки — пустынные животные, неудивительно, что они любят рыть норы и стремятся запасти как можно больше пищи. И то и другое проблематично сделать, когда хомячка держат в небольшой клетке на комбикорме, однако физиологические особенности, обеспечивающие эти особенности поведения, никуда не делись. И как минимум одна из них, а именно защечный мешок, используется в исследованиях микроциркуляции крови.

Защечные мешки нужны для того, чтобы помещать в них зерна и другую пищу и переносить ее в укромное место. Стенки этих мешков сильно растягиваются, так, что их можно вывернуть наружу, держа пинцетом, и отщипнуть кусочек. Полученные образцы тканей исследуют под микроскопом: смотрят, как перемещаются биологические жидкости от тканей к капиллярам и обратно, что мешает току крови, а что — помогает. Дело в том, что защечные мешки богаты кровеносными сосудами, поэтому изучать микроциркуляцию (а именно так называются описанные процессы) на них весьма удобно.

Есть у них и еще одна интересная особенность. Защечные мешки — иммунопривилегированные органы, то есть попавшие в их ткани чужеродные живые структуры не вызывают воспаления. Это делает защечные мешки отличным объектом для опытов по трансплантологии: пересаженные в их стенки ткани и фрагменты органов не отторгаются. Наблюдать за их развитием легко — достаточно вывернуть мешок наружу. В случае мышей, например, для подобной процедуры нужно либо вшить чужой орган в брюшную полость (и тогда видеть его ежедневно не получится), либо найти животное с подавленной иммунной системой (многие видели фотографии мыши с «человеческим ухом» на спине). Использование сирийских хомячков позволяет избежать подобных ухищрений.

Химия территориальности

Сирийские хомячки не отличаются любовью к соседям. Они яростно защищают свою территорию от чужаков, и, если в одну клетку поместить две особи одного и того же пола, они начнут драться. Победитель получит право оставить на полу и стенках свои запаховые метки. Таким образом, мечение в какой-то степени служит показателем доминантного поведения. Впрочем, хомячки метят территорию не только при ком-то, а всякий раз, когда попадают в новые и неосвоенные места.

Как и остальные формы поведения, проявления агрессии и доминирования регулируются нейромедиаторами и гормонами. Понять, какие из этих веществ воздействуют на человека и «злят» его, с помощью экспериментов не получится этика не позволяет, да и есть предположение, что в этом задействован не один вид сигнальных молекул, а целая их сеть.

Поэтому особенности «характеров» и социальных взаимодействий сирийских хомячков оказались как нельзя кстати. Исследователи из Государственного университета Джорджия в Атланте во главе с Элиотом Альберсом предположили, что агрессия и мечение могут быть спровоцированы действием вещества под названием аргинин-вазопрессин («Neuroscience Letters»,1985, 9, 55, 2, 239—243). Они вводили его в медиальную преоптическую область гипоталамуса — региона мозга, регулирующего множество физиологических реакций (голод, жажду и т. д.) и форм поведения, в том числе агрессию. В исследовании использовали и самцов, и самок.

Выяснилось, что дополнительный аргинин-вазопрессин в гипоталамусе повышает частоту оставления запаховых меток у сирийских хомячков обоих полов. Вещество — блокатор действия аргинина-вазопрессина, наоборот, такое поведение подавляет. Отсюда авторы работы сделали вывод, что именно содержание аргинина-вазопрессина в медиальной преоптической области гипоталамуса определяет, насколько хомячок будет склонен присваивать себе территорию, оставляя на ней запаховые метки.

Позже появились свидетельства в пользу того, что маркерным поведением управляют еще какие-то вещества. Например, это поведение чаще наблюдают у самцов, чем у самок, но распределение аргинина-вазопрессина по гипоталамусу у представителей разных полов не отличается, да и его концентрация в целом тоже («Physiology and Behavior», 1994, 55, 5, 905—911). Исследованиями механизмов агрессии и доминантного поведения у хомячков Альберс занимается и по сей день. Более свежие работы выявили некоторые тонкости регуляции мечения и связанных с ним поведенческих актов аргинином-вазопрессином (см., например, «European Journal of Neuroscience», 2010, 31, 9, 1655—1663, doi: 10.1111/j.1460-9568.2010.07190.x.). Но верность найденной закономерности подтвердилась: за сложные формы социального поведения даже у таких высокоорганизованных животных, как млекопитающие, может отвечать одно-единственное вещество.

Нобелевки и лекарства

Не обошлись без сирийских хомячков и нобелевские работы. В частности, «сирийцы» сыграли немаловажную роль в исследованиях везикулярного транспорта, распространения папилломавируса человека и даже открытии прионов.

Нобелевский лауреат 2013 года Джеймс Ротман в начале восьмидесятых исследовал, как перемещаются мембранные пузырьки в выращиваемых в культуре клетках яичников хомячков — правда, не сирийских, а китайских («Journal of Cell Biology», 1981, 90, 3, 697—704). Эти клетки были заражены вирусом везикулярного стоматита (vesicular stomatitis Indiana virus, VSIV). Ротман выяснил, что один из белков оболочки новым вирусным частицам «отдают» мембраны аппарата Гольджи. В ходе этой и некоторых других работ Ротман и коллеги уточнили детали работы мембранного аппарата клетки, в который входят и везикулы.

Харальд цур Хаузен, получивший премию по физиологии и медицине в 2008 году, сорока годами раньше заражал клетки сирийских хомячков аденовирусом типа 12, меченным тритием («Journal of Virology», 1968, 2, 9, 918—924). Он сделал так, что клетки, в которых появлялись соответствующие вирусные антигены, флуоресцировали. За несколько недель эксперимента ряд клеток успел поделиться, из-за чего число содержащих антиген клеток снизилось. Тем не менее оставшиеся флуоресцирующие клетки содержали примерно в два раза больше тритиевых меток, чем остальные. То есть в них были и антигены аденовируса, и его ДНК. Из результатов той работы цур Хаузен сделал вывод, что геном аденовируса 12 в зараженных клетках не распадается, а сохраняется, притом весьма надолго. Это натолкнуло его на мысль, что вирусы способны долго находиться во внешне здоровом организме. В том же году при экспериментах на аналогичном объекте выяснилось, что аденовирус 12 вызывает в зараженных им клетках хромосомные перестройки («Journal of Virology», 1968, 2, 9, 915-917). А они, как известно, практически всегда присутствуют в клетках злокачественных опухолей. Так исследование биоматериала сирийских хомячков натолкнуло ученых на мысль, что некоторые виды онкологических заболеваний могут иметь инфекционную природу. Доказательство роли папилломавирусов в развитии рака шейки матки и принесло цур Хаузену Нобелевскую премию.

Определенную роль сыграли хомячки и в открытии прионов. Стенли Прузинер, получивший за это достижение Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1997 году, выделил некий агент, вызывающий у мышей и хомяков заболевание под названием скрейпи («Progress in Clinical and Biological Research», 1980; 39, 73—89). Больные животные постоянно возбуждены, у них зудит кожа, из-за чего они часто чешутся, а затем наступает истощение, паралич конечностей и в итоге смерть. Изначально заболевание обнаружили у овец.

В более поздних работах Прузинер показал, что это не «медленный вирус», как считали многие, а белок, но с особыми свойствами («Science», 1982, 9, 216, 4542, 136—144). Прионы чем-то похожи на лед-9 из романа Курта Воннегута «Колыбель для кошки». То вещество было особой формой воды и, соприкасаясь с жидкой водой или нормальным льдом, превращало их в себя и больше никогда не таяло. Так же и прионы: это «неправильно свернутые» варианты белков, которые при контакте с «правильными» молекулами того же белка необратимо меняют их конформацию, чем очень вредят тканям. Вызываемые прионами болезни чаще всего поражают нервную систему: это и скрейпи, и куру, и болезнь Крейтцфельда — Якоба, и многие другие. Судя по последним данным, болезни Альцгеймера и Паркинсона тоже могут входить в этот список.