Мышиных дел мастер

Учёные обязаны мыши по гроб жизни. Не случайно в новосибирском Академгородке стоит памятник этому грызуну. Корреспондент Сиб.фм посмотрел на работу SPF-вивария (specific pathogen free) Института цитологии и генетики СО РАН, в котором созданы специальные условия для содержания животных, свободных от видоспецифических патогенов, — это особая фильтрация воздуха, избыточное давление в комнатах, стерилизация материалов, прохождение шлюзов работниками и журналистами в том числе. И поговорил с заведующим отделением генетики животных и человека Михаилом Мошкиным о том, что позволяет делать структура такого типа, какие открытия уже сделаны с помощью этих мышей и какие направления считаются перспективными на сегодняшний день.

Могли быть и обезьяны

Для того чтобы такая сложная и дорогостоящая структура работала, необходимо базовое финансирование?

Да, мы имеем стабильное финансирование, которое идёт по линии ФАНО для биоресурсных коллекций, подобных нашей. Подобные вещи нельзя закладывать под гранты, заказы и тому подобное, потому что коллекции формируются годами и нельзя так: сегодня открыл, завтра закрыл, а послезавтра начинай с нуля. Коллекция либо живёт и развивается, либо нет.

Вообще история этого здания достаточно интересна. Она началась с визита Михаила Касьянова в ранге премьер-министра.

Директор института в то время, академик Владимир Шумный, в разговоре с Касьяновым на вопрос «Что вам надо?» сказал, что нужно построить современный виварий. Касьянов проявил здоровое любопытство и распорядился профинансировать: было выделено первых 200 миллионов, и проект закрутился в 2003 году.

По изначальному замыслу хотели сделать питомник по созданию, разведению SPF-животных в расчёте на самоокупаемость. Причём, бизнес-план был составлен самым простецким образом. Люди поехали в Пущино, где был открыт первый такой SPF-питомник, там им сказали, что нужно производить в год не менее 80 тысяч голов, чтобы выйти на окупаемость.

Меня пригласили сюда в 2007 году, то есть уже 10 лет назад. Я спросил:

«А кто-нибудь интересовался, сколько мышей используется в год?»

30 линий мышей, восемь линий крыс и одну линию хомяков использует ИЦиГ СО РАН для лабораторных исследований

В нашем регионе (Новосибирск, Томск, Барнаул) запрос не превышал 40 тысяч в год. И если обычная мышь стоит одну цену, то свободная от патогенов в 5–10 раз дороже. Но для того чтобы работать с мышами, свободными от патогенов, нужно иметь условия, в которых они ничем не заразятся. Нет смысла покупать мышь в 10 раз дороже, если у вас в лаборатории нет никаких систем защиты от инфекций. Это был единственный торгово-коммерческий ход от представителей пущинского питомника, который сработал на некоторых наивных людей. Они сказали, что в течение 40 дней SPF-животное сохраняет свои характеристики, даже если находится в нестерильных условиях.

На что я сказал: «Вас надо отправлять в Африку на борьбу с Эбола без защитных средств — 40 дней должны держаться».

Это полный идиотизм. Потому что процесс заражения — это вещь случайная: можно и за 40 дней не заразиться, можно и за 100, а можно в течение первых минут. Я согласился на переход сюда, если проект будет реализован согласно моим предложениям. А предложил я половину мощностей оставить для производства животных, а вторую половину переоборудовать под проведение экспериментов над ними. К первой сумме добавилось ещё финансирование, поэтому удалось открыть виварий именно в таком формате.

Сегодня мы к этим деньгам за счёт всякой договорной деятельности зарабатываем около 30–40 %, причём я всем говорю, что больше не надо.

Потому что как только мы пойдём по пути самоокупаемости, потеряем свободу, необходимую для технологического развития.

Почему для генно-инженерных работ в вашем виварии выбраны именно мыши?

Ситуация очень простая: примерно 95 % генов мышей и человека достаточно хорошо совпадают между собой. Для многих прикладных задач нужны объекты, близкие к человеку, чтобы понять, каким образом гены управляют процессами в организме, на что влияют, какие из них нужно включать, а какие — выключать. В принципе, это могли бы быть обезьяны, свиньи, крысы. Но каждый лишний грамм массы тела животного — это увеличение затрат на его содержание и увеличение продолжительности жизни, а для некоторых целей нам нужно изучать старые организмы. Поэтому мыши в данном случае оказались оптимумом в рамках этого набившего оскомину соотношения «цена — качество». То есть они достаточно близки к человеку и, пожалуй, одни из самых дешёвых объектов для массового разведения и изучения.

За период перестройки, начиная с 90-х годов, в нашей стране в этой сфере многое обрушилось, поэтому начинаем возрождать.

Для мирового сообщества мы с нашими мышами большого интереса не представляем. Это они нам нужны.

Но для того чтобы взять у них нужную мышь, мы должны иметь все условия, чтобы с ней работать. Тем более что в некоторых случаях эти мыши поступают к нам в виде замороженных эмбрионов. Если нет условий, чтобы эти эмбрионы разморозить, проинкубировать, или если вы не умеете пересадить их суррогатной матери, то ничего не получите. Для того чтобы взаимодействовать с миром, нужно построить эту структуру, что мы и сделали.

Допустим, я построил автомобильную дорогу хорошего качества, а какие грузы по ней повезут — другой разговор. Но здесь, конечно, немножко не полная аналогия. Мы создали структуру, которая на мировом уровне обеспечивает криохранение, получение животных из этих продуктов, разведение. Даже наладили собственную диагностику мышиных патогенов. Есть списки, которые создаёт The American Association for Laboratory Animal Science (AALAS): по ним нужно около 60 возбудителей болезней мышей контролировать.

Мы контролируем. Ещё проверяем себя через отправку образцов в Нидерланды.

От 50 до 100 млн позвоночных используется в мире для опытов ежегодно

Если говорить о генно-инженерных работах, то, например, одну команду в нашем институте интересует создание животных, у которых в молоке вместо молочного белка казеина (там их несколько казеинов, поэтому один ген можно спокойно изъять из оборота) производится другое вещество — стимулятор кроветворения. Отработав технологию получения животных с такой заменой на мышах, мы и дальше будем развивать это на сельхозживотных — козах или коровах. Ещё всерьёз подумываем о крысах: у них, в отличие от коровы, 12 % белка в молоке вместо трёх-четырёх. Кроме того, крысу мы можем содержать в идеальных условиях, потому что все проблемы, которые связаны с белками медицинского назначения, полученными от животных, заключаются в том, что нужно одновременно не притащить инфекцию вместо лекарства, не заразить человека. Но наряду с реализацией собственных задач мы готовы принимать заказы на получение трансгенных животных для других научных или коммерческих лабораторий.

Ужаснулись, куда они полезли

Именно выключение тех или иных генов сейчас распространено в этой сфере?

Сегодня при получении животных, моделирующих различные формы патологий, всё больше опираются на выключение генов — один из самых простых вариантов, который просто позволяет понять роль того или иного гена.

Это очень важная вещь, которая дала толчок получению большого количества новых фармпрепаратов.

Но есть ещё одна составляющая — это генетические особенности человека, его предрасположенность к болезни. В этом отношении идут большие работы у нас в стране и за рубежом. Накоплено уже около трёх миллионов генетических полиморфизмов, особенностей генома, связанных с различными болезнями. Давно стало понятно, что эти ассоциации полиморфизмов и болезней не носят универсального характера. Даже американцы, исследуя своих людей, обнаружили, что некоторые ассоциации, характерные для белого населения, по-иному реализуются у афроамериканцев.

Это может зависеть от климата, особенностей питания, национальности, то есть здесь важны этнический и климатогеографический аспекты. А мы с вами живём в многонациональной стране. Поэтому резонно задать вопрос: будут ли американцы, японцы, немцы, французы заниматься теми ассоциациями болезней, которые характерны для российского населения?

Кто будет заниматься русскими, татарами, чувашами, шорцами и так далее? Это наша забота.

62 культуры человеческих клетох хранится в криобанке SPF-вивария ИЦиГ СО РАН

Но чтобы это начать делать, нужно всё наладить. Правда, я не могу сказать, что мы здесь продвинулись. Только выстраиваем всё, начинаем готовить молодёжь. Но мы войдём в эту область.

Генетические особенности каждого народа — это очень обширная сфера для исследований, учитывая ещё и разнообразие климатогеографических факторов?

Да, эта сфера настолько огромна, что теперь даже биоинформатики и микробиологи, которые ничего не боятся, ужаснулись, куда они полезли. Потому что генетическая информация записана на очень длинной нити с большим количеством нуклеотидных последовательностей, кодирующих какие-то белки. Но есть большое количество некодирующих последовательностей, вроде бы пустых. Оказывается, они тоже значимы. Дело в том, что белковый продукт одного и того же гена при различной сборке проявляет разные свойства. Эти особенности могут зависеть от мутаций в некодирующей части гена.

В конце прошлого года мы случайно получили линию мышей, у которых в некодирующую часть встроился довольно большой кусок одного из генов: там он не работает, но нарушил работу гена, в который встроился. В итоге если этот ген в норме выдаёт четыре или пять разных вариантов белка, то в данном случае идёт только один. А поскольку эти белки играют важную роль в формировании нервных связей, они просто способствуют тому, что клетки узнают друг друга и соединяются. И если было пять узнающих вариантов, а остался один, то это, безусловно, сказывается на формировании нервных связей. У этих мышей мы видим целый ряд особенностей питания, обмена веществ.

Они тощенькие, мускулистые, с чуть повышенным артериальным давлением, более возбудимы.

Почему-то с ассиметричным развитием отдельных отделов мозга. Мы только начинаем их изучать.

К вам обращаются различные фармацевтические компании, чтобы работать с мышами на базе вивария?

Да, например, в прошлом году к нам обратилась российская фармацевтическая компания, которая создала лекарственный препарат для лечения гемофилии — нарушения процесса свёртываемости крови. Им нужны были мыши, у которых есть гемофилия. Они обратились в Джексоновскую лабораторию — крупнейшая мировая коллекция мышей — и сказали, что хотели бы купить таких мышей.

Там их отправили к нам: общая цена на поставку мышей составила около двух миллионов рублей.

Приехали со своими инструментами, поскольку никому не доверяли, и на нашей базе провели испытание.

Та же самая ситуация с лысыми мышами линии SCID. Компания Charles River нам сказала:

«Мы даём вам этих мышей для работы — можете разводить их, исследовать, давать кому угодно возможность выполнять свои эксперименты на них, но только на вашей базе».

Единственное исключение, когда мы передавали этих мышей на сторону, — это «Вектор». Ему потребовались мыши для испытания какой-то новой вакцины, это была программа Всемирной организации здравоохранения. Мы написали Charles River письмо, получили от них разрешение и передали мышей «Вектору». Они сделали свою работу. То есть на самом деле наша встроенность в мировую жизнь в этой части заключается в том, что мы теперь туда можем встроиться. И уже имеем хорошую репутацию в мировом сообществе. Конечно, она никем не зафиксирована, только на уровне представления о том, что нас знают.

Может быть, когда-то мы создадим какой-то продукт, который сможет себя реализовать.

В чём я сильно сомневаюсь — могу честно сказать.

Сейчас мы только выстроили технологическую цепочку по созданию трансгенных мышей, которая работает, а на Западе, в Штатах, зафиксировано более 70 лабораторий по трансгенезу мышей. Конкурировать по принципу, что мы уйдём вперёд, обскачем, не приходится. Тогда встаёт вопрос: может, вообще не надо этого делать? Но мы работаем. Я привлёк сотрудников, сформировал лабораторию, которая представлена высококвалифицированными учёными разного уровня — кандидаты, доктора наук. Это как армия: когда не воюет, она разлагается. Если учёные не имеют научных задач, то довольно быстро теряют свои навыки.

Поэтому все научные сотрудники моей лаборатории ведут научные проекты.

3 SPF-вивария действуют в России: в Пущино, Новосибирске и Нижнем Новгороде

Наночастицы как лекарство

Какие научные проекты вашей лаборатории считаются основными?

Один из значимых научных проектов — взаимодействие наночастиц с живыми организмами. Причём мы довольно чётко ограничили область исследования — взаимодействие с мозгом. Изучаем пути поступления наночастиц в мозг, их влияние на разные процессы, протекающие в мозге. Опубликовали статью в журнале высочайшего рейтинга. Большинство чисто научных лабораторий не имеет такого результата. Это одно из направлений, перспективы которого ясны: мы хотим понять механизмы поступления наночастиц в мозг, взаимодействие с внутриклеточными белками, развитие нейродегенеративных процессов.

Дальше отсюда вытекают всякие следствия по использованию наночастиц как способов лекарственного воздействия.

По репродуктивным технологиям сейчас выполняется проект по заказу Фонда перспективных исследований. Они хотят, чтобы мы исследовали взаимодействие материнского организма с эмбрионами на самых ранних стадиях и влияние всего этого на иммунитет потомков. А также взаимодействие в системе, образованной тремя генетическими сущностями — генотип отца, генотип матери и генотип эмбриона.

Одна команда молодых учёных получила в пользование мышей, у которых отсутствует кишечный муцин, поэтому у них образуется рак прямой кишки. Сейчас становится понятно, что действительно реакции в кишечной микрофлоре влияют и на поведенческие свойства животных, и на иммунные процессы. А значит, есть простые подходы для коррекции этих состояний. Ещё одно направление посвящено моделированию онкопаталогии и изучению эффектов различных способов лечения рака. И пятое направление связано с созданием моделей психопатологий как средства для поисках новых психотропных соединений.

При этом как центр коллективного пользования вы обеспечиваете работу по всевозможным направлениям?

Да, десятки направлений.

В прошлом году выполнили более 300 заявок, из них примерно 100 — на поставку животных, 200 — на проведение разных исследований.

Например, в области томографии мы активно сотрудничаем с Вашингтонским университетом, который разрабатывает и совершенствует метод картирования миелина в головном мозге на основе определённых импульсных последовательностей. Томичи работают с наночастицами и их воздействием на описторхов. Наш институт тоже занимается этой темой. Одно из существенных достижений — оказывается, описторхи провоцируют рак желчных протоков.

Мы выполнили серию работ по испытанию профилактического действия препаратов, приготовленных из гриба рейши. В этой работе, может быть, по базовому принципу мы ничего нового не открыли, но некоторые детали очень важны. Известно, что рейши снижает артериальное давление, но мы установили в экспериментах на гипертензивных крысах, что одновременно у них увеличивается кровоток в головном мозге. Такую работу сегодня можно сделать только здесь. Потому что у большинства людей, у кого есть рейши, нет гипертензивных животных, а у тех, у кого есть и то, и другое, нет магнитно-резонансного томографа, чтобы исследовать кровоток в головном мозге.

Мы это сделали — теперь это достояние современной медицины.

Жульничество на выборах и «Сексуальная медицина»

Какую совместную работу с коллегами вы считаете значимой?

Одна из хороших работ сделана совместно с Кемеровским университетом, опубликована в 2013 году. В тот период времени в мировых СМИ было два информационных повода, связанных с Россией: жульничество на выборах и наша статья в журнале «Сексуальная медицина». Это была довольно простая по сути, но довольно аккуратно сделанная работа. Она говорила, что подмышечный пот, взятый у молодых людей, принявших перед этим душ, но не пользовавшихся дезодорантом, довольно чётко идентифицировал здоровых и молодых людей, находящихся в острой стадии гонореи. Пот в ходе эксперимента давали понюхать молодым женщинам, которые оценивали запах: приятно или неприятно, с чем ассоциируется и так далее.

Когда этих молодых людей лечат антибиотиками, они опять начинают хорошо пахнуть.

Ещё один предмет гордости этой работы — организация контроля. Им служили студенты того же возраста, что и пациенты — от 22 до 27 лет. Врач кожно-венерического диспансера собрал материал.

Эта работа вызвала большой резонанс: её прокомментировали и International Gerald Tribune, и The New York Times, и масса других журналов.

В 1546 году Джироламо Фракасторо ввёл в медицину термин «инфекция»

Но я очень огорчён, что не занимаюсь этим и кемеровчане не стали развивать тему дальше. Хотя в ней, если отбросить эту «клубнику», есть важный социальный вывод: неприятный запах мог бы остановить противоположный пол, но, когда он замаскирован дезодорантом, этого не происходит, а значит, инфекция получает возможность распространения.

Другой важный момент, связанный с данной темой, — можно ли по композиции химических соединений поставить какие-то диагнозы? Что такое «острая стадия гонореи»? Это хорошо локализованный воспалительный процесс, поэтому пациентов не изолируют: они могут находиться в обычной жизни. Значит, те химические преобразования, которые происходят при локальном воспалении, отражаются на химическом составе пота — это можно изучать.

Простая эколого-эволюционная логика

Хотели бы вы повторить этот эксперимент, продолжить тему?

Да, мы хотим повторить один из экспериментов. В одной из наших работ установили, что половые сигналы самок мобилизуют процесс иммунной защиты у самцов. Очень простая эколого-эволюционная логика: размножение всех видов животных — это инфекционно опасный процесс, и речь идёт не только о венерических болезнях.

Мышиный самец, когда обнюхивает загрязнённую подстилку или промежность самки, рискует получить патогены.

Если запах говорит о том, что риск возрастает, то начинаются процессы мобилизации защитных сил. Но мы-то вот что обнаружили в некоторых случаях: запаховые сигналы подавляют движение наночастиц из носовой полости в мозг, например вирус гриппа так же двигается. Сейчас планируем проверить, как будут работать факторы, которые блокируют захват наночастиц в носовой полости, и будет ли это действовать как профилактическое средство. Тогда мы можем выйти на совсем простые вещи типа глюконата кальция: побрызгал в нос и всё.

2 килограмма вирусов, бактерий и микроскопических грибков постоянно проживают в каждом человеческом организме

На самом деле это очень интересная штука, потому что проблема узнавания инфицированного животного довольно давно разрабатывается, и речь идёт не только о хемосигналах, но и о визуальных. Как формируется этот сигнал? Один путь: возбудитель болезни как-то вмешивается в метаболизм и добавляет свои химические соединения, которые так или иначе пахнут. Но ведь одновременно иммунная система инфицированного животного реагирует на инфекцию, и встаёт вопрос: а сама иммунная система участвует в формировании этого сигнала? Для того чтобы проверить эту идею, ещё в 90-е годы мы провели первые эксперименты. А что если мы просто стимулируем иммунную систему не инфекционным агентом, а чужеродными антигенами, как при прививках? Посмотрим, что из этого выйдет.

Нам с трудом удалось опубликовать первую работу в 2002 году в Journal of Neuroendocrinology. И только год спустя журнал Science опубликовал статью с подобной логикой: французы сделали похожий эксперимент на птицах.

Но до сих пор везде есть наши сторонники, которые продолжают эту тематику и всегда ссылаются на нас как на первопроходцев.

А когда мы впервые сделали эту работу с изменением запаховых сигналов под влиянием бараньих эритроцитов, то все крутили пальцем у виска и говорили: тут мыши, тут бараны — какая связь? А бараньи эритроциты использовались просто как стандартные активаторы иммунной системы, они давно применяются в иммунологии.

В Австралии сейчас работают со стимуляцией иммунитета запаховыми сигналами, причём ссылаясь на наши исследования. Они начали исследовать на культуре клеток иммунной системы, в частности макрофагов, реакции на некоторые стимулы. Оказалось, что если одновременно дать летучее соединение, то есть запаховый сигнал, эта реакция существенно возрастает: увеличивается наработка интерферона. Сегодня есть такие препараты, например ИРС, которые являются лизатами бактериальных клеток: спрей пшикают в нос, и запускаются различные защитные процессы. Если этот ИРС ещё обогатить летучими соединениями, которые стимулируют иммунную систему, было бы лучше.

Своих сил не хватает, а иммунологов я пока на это никак не раскачаю.

Но сейчас австралийцы пишут, что впервые этот эффект показан нами, поэтому, может быть, скоро будем покупать у австралийцев улучшенный препарат.

Забывает ли муха выключать свет в туалете

То есть двигаться можно в абсолютно разных направлениях?

Дело-то гигантское: я всё время думал, успею ли сделать. Но, по-моему, успел. И сейчас есть уже кому передавать, есть куда развивать.

Кстати, следующий простой шаг развития вивария — мы включаем сюда ещё дрозофил и зебровых рыбок, очень популярный и недорогой объект для фармиспытаний.

Формируем коллекцию генетических линий лабораторных животных для биомедицинских и фармакологических исследований. Сейчас уже начался первый проект: на дрозофилах проверяют одно из соединений, которое делают в Институте органической химии. Соединение интересное: само по себе не активно, а если его лазером осветить, то активируется. Когда на дрозофилах подберут оптимальную комбинацию, мы перенесём на мышей, которые ближе к человеку, но дороже, чем дрозофила.

А дрозофила по-прежнему популярна в лабораториях?

Особенно когда речь идёт о поиске средств для продления жизни. Но одно дело — поиск этих средств на дрозофиле и другое дело — на мыши или тем более на каком-нибудь голом землекопе, который живёт до 30 лет.

Существуют возражения: спрашивают, зачем на животных изучать старческую деменцию.

Так не надо на мухах и червяках изучать старческую деменцию как таковую. Надо на мухах и червяках изучать образование тех белков, которые являются ключевыми факторами болезни Альцгеймера и болезни Паркинсона. Как они образуются и чем можно повлиять на этот процесс. То есть когда мы знаем молекулярную основу болезни, нам не надо изучать всю сложную систему.

Как старческий маразм на мухе воспроизводить? Свет что ли она в туалете забывает выключать? Так она туда и не ходит!

У неё образуется амилоид, и мы можем изучать, что влияет на образование этого амилоида. А дальше уже о человеке можно говорить.

45,9 млрд долларов составил объём продаж рецептурных препаратов компании Pfaizer в 2016 году. На исследования она выделила 7,8 млрд долларов

Оказывается, теперь современные фармкомпании просят, чтобы соединения проверялись не на мышином рецепторе, а на человеческом, поэтому надо делать мышь, у которой вместо мышиной молекулы образуется человеческая. Можно всё устроить, выстроить цепочку. Сегодня в фармакологии активно разрабатывают вопросы, связанные с так называемым репозиционированием лекарственных препаратов. Например, есть лекарственное соединение, которым лечат какие-то болезни, оно хорошо известно, но ещё влияет и на лечение других заболеваний. Тогда упрощается процесс регистрации: оно проверено, безопасно, просто возникают новые формы применения, поэтому можно формировать целые лечебные комплексы, составленные из разных препаратов.

Для этого у нас всё есть, но ещё должны крутиться мозги в этом направлении.

Должен быть сделан заказ, выделены деньги?

Вот эта наша нанотематика возникла отнюдь не от большой любви к нано. Просто туда деньги давали. Погоня науки за деньгами иногда приобретает удручающий характер: теряются крупные работы и идеи. В общем, такие дела. Но мы как-то двигаемся. Хочу сделать ближайший семинар о пространственной организации генома и её роли в формировании различного рода патологий, прежде всего нейропатологии, пути её коррекции.

Юра Мошкин, мой сын, сейчас сгенерировал очень хорошую идею, связанную с упаковкой ДНК. ДНК вообще имеет длину два метра и упаковывается в микронный размер таким образом, чтобы можно в определённой степени считывать информацию. Это делается с помощью гистоновых белков. И в зависимости от того, как ДНК упакована, она работает либо стабильно, либо нестабильно. Это направление выводит на новые подходы к лечению.

Оказалось, что при той же самой депрессии, которая беспокоит многих людей, нарушается характер этой упаковки: ген начинает работать менее стабильно. Введением веществ, которые выправляют эту упаковку, можно лечить. В этом направлении мы хотим двигаться. Если вообще говорить о проблемах депрессии, то у меня и двух моих сыновей разные подходы. Младший сын Юра предлагает управлять этой упаковкой. Я говорю, что надо держать при разном фотопериоде и испытывать препарат. Старший сын, протоиерей отец Дмитрий, говорит:

«Депрессия — это синоним уныния,
а уныние — смертный грех».

Поэтому нечего голову морочить: постись, молись и трудись.