Планария станет «лабораторной мышью» XXI века

10.01.200853350
Ежегодно миллионы животных погибают в ходе научных экспериментов. Их обжигают, ошпаривают, травят, морят голодом, заражают вирусами, воздействуют на них электрическими разрядами. Необходимость подобных опытов понятна, но их этичность вызывает большие сомнения. Биолог Харлампий Тирас из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН (ИТЭБ РАН) планирует разработать целую серию альтернативных методов биотестирования, используя пресноводных плоских червей – планарий. Это позволит привлекать к опытам меньше позвоночных животных.


Руководитель Научно-образовательного центра в ИТЭБ РАН Харлампий Тирас: «Моя сверхзадача – сделать планарий “дрозофилой” современной токсикологии»

Впервые на регенераторные способности планарий обратили внимание более двух с половиной веков назад: если червя разрезать на несколько частей, то в скором времени из каждой образуется полноценная особь. Считается, что новое животное может вырасти из миллиметра тела исходного, размеры которого обычно составляют 6-8 миллиметров. После этого открытия червями заинтересовались многие ученые, изучавшие самые разные вопросы биологии развития.

Харлампий Тирас, руководитель Научно-образовательного центра в ИТЭБ РАН, исследует этих животных около 30 лет. С их помощью он создает альтернативные методы тестирования лекарственных препаратов, биологически активных добавок, проводит оценку качества воды, а также исследует воздействие на живые организмы электромагнитных полей и излучений. Ученый убежден, что тесты на планариях могут заменить те, что проводятся сегодня на мышах. Биохимия одинакова и у высших, и у низших животных, поэтому для разработки альтернативных методов преград нет. Плюсы же очевидны. И главный из них – сокращение числа позвоночных животных, используемых в научных опытах.

Чтобы меньше проливать кровь

Вопросам гуманного отношения к подопытным животным за рубежом уделяется самое пристальное внимание. В России в этом направлении делаются только первые шаги: формируются курсы по биоэтике, подготовлен соответствующий законопроект. По словам Харлампия Тираса, его опыты с планариями могут стать одним из вариантов решения биоэтических проблем.

«Нет сомнений, что необходимо снижать этическую нагрузку нашей работы, – признает исследователь. – Вот только общество, с одной стороны, ждет от ученых создания все новых и новых лекарств для обеспечения качественной жизни, особенно пожилых людей. А с другой, то же общество требует, чтобы биологи в своих экспериментах как можно меньше использовали животных. Противоречие неискоренимо: без исследований на высших животных нельзя обойтись, тем более на конечных стадиях тестирования препаратов. Правда заключается в том, что в жизни приходится иногда выбирать не между хорошим и плохим, а между плохим и очень плохим. И, скорее всего, большее зло состоит в использовании в качестве подопытных позвоночных животных, нежели беспозвоночных. С моей точки зрения (которую пока невозможно доказать, но все же имеет смысл представить к обсуждению), самый критический с этической стороны момент – это пролитие крови. Есть нечто глубоко сакральное в самом факте выбора: проливать кровь или нет. Этого выбора надо избегать по максимуму».

По приблизительным данным, в Европе ежегодно используются в экспериментах около миллиона животных. В России эти показатели намного ниже, поскольку крупнейшие в мире производители лекарств сосредоточены в европейских странах. Каждый из этих концернов имеет собственные фабрики по выращиванию животных. Статистика примерно такова: из каждого миллиарда, затраченного на разработку нового лекарственного препарата, около 10% направляется на доклинические исследования, и в частности – на создание условий для работы с животными.

В России же, по словам Харлампия Тираса, на сегодняшний день есть только один виварий, отвечающий всем мировым стандартам, – это завод по разведению мышей в филиале Института биоорганической химии. Три года назад он получил международные сертификаты на мышей, на корма, на помещение и на служебный персонал. Проблема в том, что один виварий не может обеспечить потребности всей страны. Однако и там исследования настолько дороги, что не по карману большинству российских ученых.

Таким образом, не только этические, но и финансовые соображения подталкивают российскую науку к разработке альтернативных методов биотестирования с использованием беспозвоночных.

Такой точности еще не бывало

Популяция планарий, с которой сейчас работает группа Харлампия Тираса, была разведена из 50 особей Dugesia tigrina, в 1970 годах привезенных в ИТЭБ из Ленинграда. Сегодня это самая большая в Европе коллекция лабораторных планарий, она насчитывает примерно 100 тысяч экземпляров. В десятках аквариумов собраны микропопуляции с большими, маленькими и очень маленькими особями.

Для каждого эксперимента отбираются планарии строго определенного размера. Процедура заключается в том, что им отрезают голову и фиксируют момент отрастания новой. Первый этап регенерации проходит за неделю: у планарии образуется остов нового ганглия и она становится способна к некоторым поведенческим реакциям, в частности, к поиску пищи. Окончательное восстановление занимает около трех недель. В зависимости от внешних воздействий и условий, например, качества воды, регенерация может замедляться или ускоряться. Проблема заключается в том, как зафиксировать окончание процесса регенерации.

«Раньше исследователи проводили измерения по глазам планарий: если глаза появились – значит, все прошло успешно, – рассказывает Харлампий Тирас. – Метод имеет право на жизнь, но результаты дает неточные: ошибка составляет 20%. Я разработал принципиально иную методику. Смысл ее заключается в измерении отрастания нового ганглия. Этот процесс можно регистрировать сколь угодно часто, и в итоге получать более-менее точные кривые роста. Таким образом в наших последних экспериментах удалось снизить экспериментальную ошибку до 5%. А это уже точность физических измерений. Для биологических исследований, скажу без ложной скромности, – это космос».

Что позволило добиться подобных результатов? Во-первых, ученым помогла сама природа: исследуемое животное бесполое (размножается поперечным отделением задней части тела, из которой через неделю вырастает новое животное, а материнская особь тогда же восстанавливает свой хвост). Поэтому у планарий нет генетических аномалий, сцепленных с полом.

Во-вторых, исследователи в свое время нашли способ стандартизировать саму операцию. Почему это трудно? У планарий нет морфологических признаков, на которые можно было бы ориентироваться в ходе эксперимента. Поэтому в научной группе Тираса решили проводить операцию, отрезая голову на уровне глаз.

Наконец, третий введенный в пущинской лаборатории стандарт касался изображения планарий. Сделать это правильно – большая хитрость. Несколько лет назад ученые стали использовать метод компьютерной морфометрии, который позволил на одной и той же группе подопытных животных в стандартных условиях проводить регистрацию процесса роста и регенерации в режиме реального времени. Изображение подается от камеры, смонтированной на молекулярном микроскопе, в компьютер, где и сохраняется. Раньше использовались аналоговые камеры, теперь цифровые. Компьютерная система включает: бинокулярный микроскоп, видеокамеру, жестко прикрепленную к одному из окуляров, видеограббер и, собственно, компьютер. Современная техника позволила ученым получать высококачественное, а, главное, высокоточное изображение планарий на разных стадиях регенерации, которое легко может быть обработано с помощью различных пакетов прикладных программ для анализа изображений.

Планарии в деле

Используемая методика позволила добиться уникальной для биологии точности результатов экспериментов. Например, ученые могут тестировать химические препараты в пределах концентрации 10-18 M. Естественно, не все, а те, которые обладают наибольшей биологической активностью, действуют в низших соматических концентрациях.

Если говорить о влиянии физических факторов, то с помощью планарий удалось достоверно зарегистрировать действие не только магнитных полей, сопоставимых по силе с земным, но и полей микродиапазона (пико- и нано-). Фактически магнитная биология слабых воздействий зародилась благодаря планариям. Первая научная публикация по этой теме вышла в 1996 году, а до этого область слабых полей в биологии считалась паранаукой. Эксперименты ученых из пущинской лаборатории четко показали, что магнитные поля сотовых телефонов несут в себе определенную опасность. Насколько большую – вопрос отдельный: каждую трубку нужно изучать конкретно. В любом случае нельзя утверждать, что все низкие поля биологически неактивны.

И все же основным направлением лаборатории по изучению планарий Харлампий Тирас считает создание альтернативных методов тестирования лекарственных и косметических средств. В мире существует несколько легализованных молекулярно-биологических тестов. Например, до 2000 года все косметические препараты проходили доклинические проверки на высших животных. С указанной даты в Европе запрещены тесты с их использованием, поэтому производители переключились на клеточные тесты. И если, к примеру, на косметике нарисован зеленый зайчик, значит, она не тестировалась на кроликах. Но клеточные тесты довольно дороги и поэтому доступны немногим производителям. А дополнительные к имеющимся тест-системы могли бы упростить испытания новых препаратов.

В этом направлении в последнее время и работают ученые из Пущино. Они разрабатывают молекулярно-биологический тест на пролиферацию (деление) клеток, поскольку регенерация планарий вызвана именно этим процессом, как, впрочем, и существование всех живых организмов. Таким образом, созданный на основе пролиферации тест позволит испытывать значительное количество препаратов, в том числе потенциальных канцерогенов. Если деление клеток у подопытного червяка происходит нормально, значит, препарат не обладает вредными свойствами.

Дрозофила современной токсикологии

Недавно Харлампий Тирас вернулся из Киева, с III Национального конгресса по биоэтике. В начале форума он сделал небольшое сообщение по альтернативным методам биотестирования, после чего организаторы попросили его сделать еще один пленарный доклад и два секционных по этой проблеме. Ознакомившись с исследованиями Тираса, киевские коллеги выразили желание освоить методику с использованием планарий. В Пущино уже побывала группа из Таврического национального университета (Симферополь). Еще одна приедет из киевского НИИ гигиены труда и профзаболеваний (ведущий институт в стране по вопросам промышленной токсикологии). Кроме того, Тирасу предложили написать статью для профильного журнала, выпускаемого под эгидой Национальной академии наук Украины.

С планариями Харлампий Тирас связывает далеко идущие планы. «Моя сверхзадача состоит в том, чтобы сделать планарии “дрозофилой” современной токсикологии, – делится исследователь. – Биология – это наука, которая базируется на объектах. Генетика как наука стала быстро развиваться после того, когда обнаружили, что дрозофилы быстро обмениваются генетическим материалом. Как только ученые выяснили, что размеры нейронов улиток в 10 раз превышают человеческие, появилась нейрофизиология. Благодаря микробам возникла молекулярная биология. Планарию можно превратить в “лабораторную мышь” ХХI века. На самом деле, биохимия у нас абсолютно одинаковая. Разве что у человека организм нормально функционирует при 36 градусах, а у планарии – при 20. Поэтому на планариях можно создавать тесты практически для всех биохимических процессов, заменив ими эксперименты с мышами».

«Муки ради Науки»

В Европе в среднем около 65% подопытных животных гибнет в ходе медицинских исследований, еще 26% - при проведении фундаментальных научных исследований (в том числе военных и космических), тесты на токсичность (при создании косметики, новых промышленных соединений) отнимают жизнь у 8% подопытных животных, 1% погибает при проведении опытов в учреждениях образования.

Против жестоких экспериментов выступали Чарльз Дарвин, Бернард Шоу, Эрнест Сетон-Томпсон, Джон Голсуорси, Лев Толстой, Альберт Швейцер. С тех пор далеко вперед продвинулась не только биология, но и другие науки, что позволило создать множество этически и экономически приемлемых альтернатив экспериментам на животных. Для опытов и тестирования могут использоваться одноклеточные организмы, куриные эмбрионы, бактерии, физико-химические модели, культуры клеток, компьютерные модели. В мире работает целый ряд центров по разработке новых альтернативных методик.

Однако полностью отказаться от экспериментов на животных пока не удается. Некоторые из стандартных тестов действительно очень жестоки. Например, промышленный тест Драйза для косметических средств заключается в следующем: кролику наносят на роговицу глаза испытуемый продукт и ждут, пока не наступит повреждение роговицы. Кролик обездвижен, поэтому не может потереть лапой глаз, разъедаемый нанесенным веществом. Мучения животного прекращаются только после того, как наступает помутнение оболочки и глаз погибает. Другой промышленный тест – ЛД 50 («50% летальная доза») предназначен для выяснения безопасной для человека концентрации вещества. При проведении этого теста концентрация тестируемого вещества доводится до отметки, при которой половина подопытных животных погибает.

На Западе сегодня существуют общественные движения в пользу отказа от подобных испытаний. Так, например, движение «Красота без жестокости» поддерживает производство косметики, изготовленной без использования животных продуктов и не испытанной на животных. Чтобы стимулировать производство и потребление такой косметики, было предложено на товары, удовлетворяющие этим требованиям, наносить специальную маркировку – надпись Not tested on animals («Не тестировалось на животных») и значок «кролик в круге». Сегодня такую косметику выпускают Oriflame, Yves Rocher, Green Mama, Freeman и многие другие компании.

К 2012 году в странах Совета Европы планируется полностью запретить тестирование косметики на животных. В России очень медленно, но тоже начинают внедряться альтернативы косметическим тестам. Так, например, Минздрав утвердил тест на курином эмбрионе как замену жестокому тесту Драйза.

Марина Муравьева, STRF.ru

Ваш комментарий:
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Чтобы оставить комментарий, необходимо авторизоваться.
Вернуться к списку статей