Zebradanio telah menekan tikus dan lalat buah dalam bioperubatan

Zebradanio telah menekan tikus dan lalat buah dalam bioperubatan

Alan Kaluev, Konstantin Demin
"Trinity Option" №4 (248), 27 Februari 2018

Zebradanio

Mengenai pengarang

Alan Kaluev – PhD, pakar dalam bidang neurosains, psikiatri biologi dan neuropharmacology, profesor dan ketua. Makmal Psikiatri Biologi, Institut Bioperubatan Translasi, Universiti Negeri St. Petersburg; saintifik sotr. Universiti Persekutuan Ural, Institut Fisiologi dan Perubatan Fundamental, Cawangan Siberia, Akademi Sains Rusia, Profesor, Fakulti Farmasi, Universiti Southwestern (China).

Konstantin Demin – pelajar siswazah dari St Petersburg State University, penyelidik di Institut Perubatan Eksperimen V.A. Almazov dari Kementerian Kesihatan Rusia.

Popular di kalangan ikan aquarists zebradanio (Danio rerioBahasa Inggeris zebrafish), yang mendapat namanya kerana warna bergelora, dalam beberapa tahun kebelakangan ini telah menjadi model yang berkesan dalam genetik, biologi molekul, embriologi, farmakologi, dan, lebih baru, dalam bidang neurobiologi. Untuk pertama kalinya, seorang ahli biologi Amerika, George Streisinger, menjadi tertarik pada organisme ini sebagai objek makmal pada tahun 1960-an.

Penggunaan zebradanio sebagai organisma model (iaitu.organisma, yang mana anda boleh mensimulasikan proses biologi) mempunyai banyak kelebihan, termasuk kemudahan manipulasi genetik, serta ciri-ciri persenyawaan luaran ikan ini, perkembangan dipercepatkan, kesuburan tinggi dan saiz kecil (kira-kira 2.5-3.0 cm pada masa dewasa). Di samping itu, mereka adalah murah dan sangat mudah untuk mengekalkan dan mencairkan di makmal (Rajah 1).

Rajah. 1. Zebradanio sebagai organisma model dalam penyelidikan bioperubatan

Organ-organ utama zebradanio berkembang dalam masa lima hari selepas persenyawaan, dan sudah tiga bulan selepas kelahiran, ikan mampu menghasilkan semula – semua ini menunjukkan kadar perkembangan organisme yang tinggi. Pada masa yang sama, zebradanio hidup lebih lama daripada tikus (purata dari empat hingga lima tahun berbanding tiga). Oleh itu, mereka boleh menjadi objek yang sangat baik dan ekonomik untuk mengkaji biologi penuaan.

Embrio dan goreng Zebraradian adalah telus, yang membolehkan mengesan pelbagai peringkat perkembangan di bawah mikroskop. Ini amat penting untuk pendekatan optogenetik, dan juga untuk visualisasi profil ekspresi genetik dalam vivo. Terdapat juga garis mutan Casper (casper), yang telus walaupun pada dewasa, yang sangat memudahkan manipulasi genetik, anatomi dan fisiologi dengan ikan ini.

Salah satu ciri penting dalam biologi ikan tulang adalah bahawa mereka bertahan dengan pusingan tambahan duplikasi genom. Di zebra, gen pendua tersebut boleh berfungsi sama ada atau tidak, dan juga membawa fungsi baru yang tidak sepadan dengan gen yang disalin. Kehadiran beberapa salinan gen yang sama juga memungkinkan untuk belajar di knockout Zebradanio dari gen-gen yang penting untuk manusia dan tikus dan diwakili di dalamnya hanya dengan satu salinan.

Pada masa ini genetik zebradanio telah dikaji dengan sangat baik, dan genom urutannya mengandungi 26,206 gen pengekodan protein, termasuk 71.4% ortolog (iaitu, gen gen organisma yang berkaitan dengan phylogenetically yang divergen semasa spesiasi) gen manusia dan 82% gen yang berkaitan dengan pelbagai penyakit manusia. Kesan dan sasaran farmakologi juga sangat serupa (kira-kira 85-90% bersamaan dengan zebradania, tikus dan manusia), kerana kesamaan genetik biasanya lebih jelas di tapak aktif enzim, saluran dan reseptor (Rajah 2).Sebagai contoh, tapak ligand yang mengikat reseptor glucocorticoid di seluruh manusia dan zebraa adalah 74% sama, sedangkan reseptor itu sendiri hanya 50%.

Rajah. 2 Jumlah kegunaan zebradania dalam biomedin melebihi jumlah kegunaan objek tradisional lain – lalat buah dan tikus (menurut McCammon J.M. dan Sive H. Mengatasi Genetika Organisme Kesihatan Mental //). Annu. Wahyu Genomics Hum. Genet. 2015, Vol. 16, 173-197, dengan pengubahsuaian)

Zebradanio menunjukkan persamaan fisiologi yang tinggi dengan seseorang dalam sistem penting seperti metabolik, hematopoietik, kardiovaskular, dan saraf. Kesamaan yang begitu besar (homologi) menjadikan zebradanio untuk pelbagai tugas praktikal, contohnya, untuk membuat model eksperimen (haiwan) diabetes, onkogenesis, vascularization atau infact, dan juga untuk menyaring dadah baru. dalam vivo. Sistem neurokimia manusia dan zebra juga menyerupai persamaan mereka, dan walaupun terdapat perbezaan yang jelas dalam organisasi sistem saraf pusat, zebradanio mempunyai banyak struktur yang fungsional dan morfologi sama dengan banyak bidang otak tikus dan manusia.

Hari ini, zebra dan zebra digunakan secara aktif dalam bidang neurobiologi kerana kelakuan ikan goreng dan ikan dewasa (dan pada masa yang sama agak rumit).Sebagai contoh, seperti manusia, zebradanio memperlihatkan tindak balas tegasan dan tindak balas fisiologi di bawah tindakan hormon cortisol. Disebabkan ini, model gangguan kecemasan-kemurungan dan pembetulan farmakologi mereka secara aktif diciptakan berdasarkan tingkah laku ikan [1-6].

Pada masa yang sama, hubungan sosial zebradanio yang tinggi (lebih daripada 90% dari masa yang mereka habiskan dalam kumpulan) membolehkan mereka digunakan untuk mencipta autisme model genetik dan farmakologi. Neurobiologi Zebradanio telah dikaji secara aktif dalam beberapa tahun kebelakangan ini. Akibatnya, banyak model otak yang sah muncul – psikosis, hiperaktif, kecacatan kognitif, toxidromas, epilepsi dan neurodegeneration (Parkinson dan Alzheimer), dan pemeriksaan ubat farmakologi untuk terapi yang sesuai telah menjadi mungkin.

Kajian yang dijalankan sejak tahun 2008 di zebradanio di makmal kami menunjukkan bahawa banyak sifat tingkah laku dan psikologi yang kompleks yang sebelum ini hanya dikaitkan dengan haiwan yang mempunyai sistem saraf yang sangat terancang dibangunkan dengan baik dan boleh dilihat di zebraa.Oleh itu, ikan yang tertindas kepada tekanan yang berpanjangan bukan sahaja menunjukkan perkembangan perilaku cemas yang berterusan dan tanda tingkah laku kelakuan yang lain, tetapi juga mengalami pelbagai perubahan biokimia yang berkaitan dengan kebimbangan dan kemurungan dalam kedua-dua orang dan tikus [1]. Sebagai contoh, tekanan yang berpanjangan meningkatkan tahap kortisol hormon stres, dan juga menjejaskan keseimbangan sitokin – pengawal selia imun penting dalam kedua-dua manusia dan tikus, dan di zebradanio [1]. Adalah penting bahawa fenomena ini di zebraa dikeluarkan dengan mengambil antidepresan – ubat yang mengurangkan kesan tekanan di klinik [1].

Kesan antidepresan juga dipertimbangkan oleh makmal kami dalam konteks sindrom serotonin – keadaan patologi yang disebabkan oleh "overdosis" antidepresan serotonin, yang baru-baru ini kita nyatakan pada zebradania [2, 3]. Di antara penyakit otak serius lain yang dikaitkan dengan pengambilan ubat farmakologi, kita telah mengkaji sindrom ketagihan dan penarikan pada zebradanio, yang menjadi masalah klinikal topikal pada masa kita dan timbul akibat penyalahgunaan dadah dan semasa rawatan [4, 5].

Akhirnya, kita secara aktif mengkaji kesan bahan psikoaktif di Zebradan, termasuk halusinogen kuat seperti LSD, ketamin, phencyclidine, ibogaine, MDMA (ekstasi), salvinorin A, dan analog mereka [5-9]. Hampir semuanya di zebradanio telah diuji oleh kami untuk kali pertama di dunia. Semua ubat-ubatan yang dikaji dalam spektrum ini menunjukkan keupayaan ketara untuk mendorong kelakuan yang tidak normal dalam Zebradanio dan tindak balas fisiologi yang berkaitan dengan keadaan seperti hallucin manusia. Kajian-kajian ini menggunakan zebradanio sangat penting dari sudut pandang mencari ubat-ubatan psikotropik baru (dengan menyaring molekul-molekul baru yang disintesis dalam ujian haiwan yang berkesan dan murah) dan dari sudut pandang mencipta model eksperimen penyakit manusia yang disebabkan oleh agen farmakologi (toxidromes yang disebut).

Dalam satu analisis mendalam yang baru-baru ini yang diterbitkan di Malaysia Kajian Tahunan Genomik dan Genetik ManusiaMungkin, yang paling meyakinkan dinyatakan adalah kelebihan menggunakan zebradania dalam biomedik moden (Rajah 2). Jika kita membandingkan invertebrata (Drosophila), ikan dan tikus zebrarad – benda penyelidikan yang paling biasa di makmal – mengikut pelbagai kriteria, dari kesamaan biologi mereka kepada organisma lain dengan kos eksperimen dengan mereka, ternyatabahawa jumlah kegunaan zebradanio melebihi itu pada tikus dan lalat buah. Malangnya, sebagai model zebradan, ia hanya mula "berenang" di makmal Rusia.

Rajah. 3 Bilangan artikel dalam pangkalan data Dihosarkan (sehingga Disember 2017) menggunakan zebradanio (mengikut negara). Di Rusia (*) hanya kira-kira seratus artikel telah diterbitkan. Garis merah bertitik memaparkan dinamik umum peningkatan mendadak dalam bilangan penerbitan di zebra dan tahun-tahun kebelakangan ini. Carta pai menunjukkan peningkatan normal dalam bilangan terbitan sepanjang 10 tahun yang lalu pada pelbagai objek model. Perhatikan bahawa ia adalah zebradania yang menunjukkan dinamika pertumbuhan maksimum di kalangan semua organisma model lain dalam bioperubatan (berdasarkan laporan oleh Prof. A. Kaluev di Majlis Akademik Universiti Negeri St. Petersburg pada 25 September 2017, lihat dalam talian)

Khususnya, dari lebih daripada 30 ribu artikel biomedikal di zebra dan di Dihosarkan Rusia hari ini menyumbang hanya kira-kira seratus penerbitan (Gambarajah 3). Walau bagaimanapun, keadaan telah berubah sedikit sejak beberapa tahun kebelakangan ini, kerana makmal akuatik telah pun ditubuhkan di universiti-universiti terkemuka Rusia (Universiti Negeri St. Petersburg, Universiti Negeri Moscow, Universiti Persekutuan Ural) dan institusi akademik di negara ini.Pada pendapat kami, sangat dianjurkan untuk terus menjalankan kerja yang paling aktif di Rusia dalam memperkenalkan zebradanio ke dalam penyelidikan saintifik lanjutan dalam bidang biologi dan perubatan.

Sastera
1. Song C., et al. Kesan pemodelan tegasan yang tidak menentu yang berpanjangan dalam zebrafish: kesan kompleks terhadap tingkah laku dan fisiologi // Prog. Neuropsychopharmacol. Biol. Psikiatri, 2018. 81. ms 384-394.
2. Kolesnikova, T. O., et al. Fenotip seperti sindrom ketoksikan serotonin dalam pendedahan zebrafish dewasa kepada amitriptyline, perencat serotonin / noradrenaline reuptake tricyclic // 8th "Stress and Behavior" Persidangan ISBS, 2016. P. 27-28.
3. Stewart A.M., et al. Perspektif mengenai model eksperimen sindrom serotonin di zebrafish // Neurochem. Int., 2013. 62 (6). P. 893-902.
4. Cachat J., et al. Memodelkan sindrom penarikan dalam zebrafish // Behav. Brain Res., 2010. 208 (2). P. 371-376.
5. Stewart A., et al. Model Zebrafish untuk mengkaji fenotip berkaitan penyalahgunaan dadah // Wahyu Neurosci., 2011. 22 (1). P. 95-105.
6. Grossma L., et al. Pencirian kesan tingkah laku dan endokrin LSD pada zebrafish // Behav. Brain Res. 2010. 214 (2). P. 277-284.
7. Riehl R., et al. Kesan kelakuan dan fisiologi pendedahan ketamin pada zebrafish dewasa // Neurotoxicol. Teratol., 2011. 33 (6). P. 658-667.
8. Cachat J., et al. Kesan unik dan kuat pada zebrafish pada penyelidikan dadah halusinogen Behav. Brain Res.2013. 236 (1). P. 258-269.
9. Stewart A., et al. Kesan kelakuan MDMA ("ekstasi") pada zebrafish dewasa // Behav. Pharmacol., 2011. 22 (3). P. 275-280.


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: