Наука крыс
Что общего у кролика, мыши, коровы, дрозофилы и рыбы? Все они – животные, но не простые, а лабораторные. Без них не было бы многих важных открытий, и без них современная наука просто бы остановилась. Но разные животные участвуют в науке по-разному, и самые популярные среди них – мыши и крысы.
Когда мы слышим об экспериментах на животных, то обычно сразу представляем себе мышь или крысу. Именно грызуны стали собирательным образом подопытного существа: говорим «лабораторное животное» – подразумеваем лабораторную мышь, и наоборот. Действительно, по статистике Национальной ассоциации биомедицинских исследований США, 95% всех лабораторных животных в мире – это мыши и крысы.
Легко понять, почему так. Мыши и крысы невелики, их просто содержать (в том числе и потому, что они неприхотливы в еде), они быстро размножаются и недолго живут – в этом их преимущество перед другими млекопитающими. Если мы изучаем, например, наследственные генетические дефекты, которые проявляются в определённом возрасте, то плодовитость и недолговечность грызунов оказывается очень кстати. Иметь дело с ними проще, чем с мухами или червями: изменения у крыс и мышей часто можно увидеть просто невооружённым глазом. Наконец, не будем забывать, что грызуны эволюционно ближе к нам, чем черви, рыбы или мухи, что особенно важно, если мы изучаем какие-то потенциальные лекарства для людей.
При этом мышь и крыса – всё-таки разные животные. Сейчас «животное номер один» – это мышь, но так было не всегда. Для начала, первым млекопитающим, которого одомашнили для научных исследований, была именно крыса. В отличие от обычных крыс, лабораторные мягче характером, они более спокойные, лучше переносят скученную жизнь, раньше достигают половой зрелости и приносят больше потомства. Первые генетические эксперименты с ними начали проводить в 70-х–80-х годах XIX в.; где-то на рубеже XIX и XX вв. психологи, изучающие обучение и память, запускают крыс в лабораторный лабиринт; в 1908 их начинают использовать исследователи, занимающиеся питанием и диетами. Перед крысами открылись широкие научные перспективы.
(Фото: Americans for Medical / Flickr.com)
В биомедицинских исследованиях у крыс есть важное преимущество – почти для всех генов, которые у людей связаны с теми или иными болезнями, можно найти аналогичный ген у крыс. Например, если мы знаем, что мутация в гене какого-нибудь белка повышает риск сахарного диабета у людей, то мы легко можем изучить этот ген у крыс, потому что у них есть похожий ген с теми же функциями. Именно благодаря крысам в повседневную клиническую практику вошёл препарат метформин, наиболее популярное средство при диабете 2 типа. Метформин в медицине известен давно, и также давно врачи заметили, что он снижает уровень сахара в крови. Но именно лекарственным средством, которое можно использовать при диабете, он стал после исследований на крысах: на них изучали фармакологические свойства метформина и его побочные эффекты, и на крысах же до сих пор продолжают изучать механизм его действия.
Ещё одно лекарство, разработанное во многом с помощью не мышей, но крыс – это розувастатин, который прописывают при атеросклерозе. Розувастатин подавляет синтез холестерина в печени и заставляет клетки печени поглощать «плохой холестерин», или липопротеины низкой плотности – так называют комплексы липидов с белками, которые откладываются на внутренней стенке сосудов в атеросклеротических бляшках. Розуватстатин уменьшает эти бляшки, увеличивая просвет сосудов, тем самым уменьшая вероятность инфарктов и инсультов. Опыты на крысах показали, что он намного эффективнее подавляет синтез холестерина, чем другие вещества-статины.
Ещё пример – рецепторный белок HER2, открытый у крыс в начале 80-х годов. HER2 посылает в клетку сигналы к делению. У раковых клеток из-за мутаций появляется несколько копий гена HER2, и как следствие они начинают безудержно делиться. Считается, что примерно каждая пятая опухоль груди возникает из-за генетических аномалий, связанных с HER2.
Правда, если говорить об онкологических исследованиях, то их выполняют преимущественно на мышах. Вообще, в последнее время мыши решительно обогнали крыс по популярности, особенно там, где речь идёт о разработке новых лекарств. Всё потому, что именно для мышей разработали множество молекулярно-генетических инструментов, позволяющих получать генетически модифицированных животных. Исследователи могут внести определённую мутацию в нужный ген, или вообще выключить его – на мышах такие процедуры стали едва ли не рутиной, а с крысами пока всё не так просто. Определённую роль здесь сыграло то, что геном мышей прочитали раньше, чем геном крыс (мышиный был готов к концу 2002 года, крысиный – в 2004). Крысы и мыши – всё-таки не близнецы-братья, эволюционная дистанция между ними существенна, и имеющиеся молекулярно-генетические инструменты ещё предстоит подстроить под крыс.
Но вот где крысы точно оставляют мышей далеко позади, так это в нейробиологии и психологии. Крысы в прямом смысле умнее мышей, их проще обучать и они могут освоить больше навыков. В экспериментах они нажимают на кнопки или рычаги, пробираются по лабиринтам и даже ездят на крысиных автомобилях. В прошлом году мы рассказывали об опытах исследователей из Университета Ричмонда: крыса заходила в пластиковый контейнер на колёсах и хваталась за медный провод – мотор включался и «автомобиль» ехал. Нажимая на определённые части провода, «водитель» мог выбирать направление движения: направо, налево или прямо. В статье, опубликованной в Behavioral Brain Research, говорится, что езда на «автомобиле» успокаивала крысам нервы.
Крыс намного чаще используют в исследованиях, посвящённых базовым свойствам обучения, памяти, принятия решений, стрессовых реакций выработке условных рефлексов и т. д. Знаменитый психолог и основатель бихевиоризма Джон Б. Уотсон однажды сказал, что всё, что вы хотели бы узнать о психологии человека, можно узнать с помощью крысы в лабиринте. Уотсон явно погорячился, но крысы действительно оказались полезны в исследованиях даже очень непростых психологических феноменов. Например, эксперименты психологов из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Гёттингенского университета говорят о том, что у крыс есть причинно-следственное мышление. То есть они могут связать два явления не просто по ассоциации (одно случается вместе с другим), но именно понять обусловленность одного другим, понять, что одно явление происходит по причине первого – например, что еда появляется после условного сигнала не просто так, а что именно условный сигнал делает еду доступной.
Бывают, что в лаборатории появляются ненужные крысы – те, что не подошли для экспериментов, или же просто завершившие научную карьеру. С ненужными грызунами вряд ли кто-то будет церемониться, однако для них, как и для служебных собак, можно устроить хорошую «пенсию». Участники форумов rat.ru и ratforum.ru дают приют многим крысам-«пенсионерам» – тем более, что лабораторные крысы доброжелательны, игривы и привязываются к людям. На фото – компания таких крыс, отправившихся на заслуженный отдых из одного московского института. (Фото: Tatiana Bulyonkova / Flickr.com)
А сотрудники Миннесотского университета в статье, вышедшей в Nature Neuroscience в 2014 году, вообще утверждают, что крысам свойственно чувство сожаления – они не просто испытывают разочарование из-за собственного неправильного выбора, но и сожалеют о нём, вспоминая, что не так они сделали. Крысиное сожаление наблюдали в том числе и с помощью электродов, погружённых в определённые участки мозга. Он у крыс достаточно велик, и нейропсихологические эксперименты с ним ставить проще, чем с мозгом мышей. Кстати, знаменитый центр удовольствия (точнее, один из центров удовольствия – так называемое прилежащее ядро) был открыт именно на крысах. Прилежащее ядро входит в систему нервных центров, которая называется системой подкрепления. Она играет огромную роль в мотивации, памяти и формировании разнообразных зависимостей, так что значение открытия, как говорится, трудно переоценить.
С помощью крыс даже пытались разрешить один из самых больших научных вопросов – о наследовании интеллекта. К 1942 году американский психолог Роберт Трайон завершил эксперименты, в которых показал, что некоторые особенности поведения могут передаваться по наследству. Трайон гонял крыс по лабиринту, и отделял тех, кто быстро выучивал маршрут и не делал ошибок, от тех, кто хуже справлялся с лабиринтом. Затем он скрещивал «умных» крыс с «умными», а «глупых» – с «глупыми», и в итоге через несколько поколений ему удалось вывести две линии крыс – «умных» и «глупых». До этого среди психологов преобладало убеждение, что наследственные факторы не играют большой роли в поведении, так что результаты Трайона оказались революционными.
Правда, потом революционность их изрядно померкла. Когда сейчас говорят об этих опытах, обязательно уточняют, что «умные» крысы могли лучше справляться с заданием не потому, что у них было лучше с памятью и обучаемостью, а, например, потому, что у них было лучше со зрением; то есть возникает вопрос, по каким признакам их на самом деле отбирали. Кроме того, в 1963 году появились сомнения в общей достоверности этих результатов. Дело в том, что Трайон и его коллеги знали, какие крысы считаются умными, а какие – глупыми, и это знание влияло на то, как исследователи воспринимали крыс. Роберт Розенталь из Гарварда провёл похожий эксперимент: на сей раз крысы в обеих командах были одинаковые, но студентам, которые с ними экспериментировали, говорили, что есть команда умников и команда дураков. Обе группы проходили лабиринт более-менее одинаково, тем не менее, студентам казалось, что якобы «умные» крысы проходят его лучше. В общем, решение вопроса о наследовании поведения и интеллекта пришлось отложить.
Как бы ни были полезны крысы, мыши, дрозофилы и пр., мы всегда должны помнить, что результаты, которые мы получаем в исследованиях на животных, далеко не всегда можно прямо сразу переносить на людей. Для примера здесь можно вспомнить трагическую историю про крыс и препарат талидомид. В 50–60-х годах прошлого века он пользовался большой популярностью как снотворное и седативное средство. Но потом выяснилось, что талидомид стал причиной множества врождённых уродств – из-за того, что его принимали во время беременности. Его действие изучали на крысах, однако никаких таких подобных побочных эффектов на крысах не проявилось – срок беременности у них мал, и талидомид не успевал сделать эмбриону ничего вредного.
К счастью, подобные промахи в современной медицине очень и очень редки. Исследователи очень хорошо понимают, что лабораторные животные – не последняя инстанция: эксперименты на животных дополняют эксперименты на клетках человека и многоступенчатые клинические испытания. Несмотря на то, что с каждым годом исследования на лабораторных животных становятся более гуманными, отменяются многие программы испытаний, но в большинстве случаев полностью от помощи братьев наших меньших мы отказаться не можем. Роль животных в науке чрезвычайно велика, и с ними нас ждёт ещё много важных открытий.
О том, какие ещё бывают лабораторные животные и какие научные результаты были получены благодаря им, можно узнать из проекта «Неизвестные герои науки» Российского научного фонда. Проект создавался совместно с грантополучателями РНФ, при поддержке которого с 2014 года в России работают более 55 тысяч учёных.
