Вырастить «кота в пробирке»
Сохранение вымирающих видов животных – одна из важных для человечества задач, над решением которой работают биологи всего мира. И в этом направлении серьезных результатов удалось добиться генетикам ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН». О том, как достижения репродуктивной биологии и эксперименты новосибирских генетиков могут помочь выживанию редких видов млекопитающих, рассказывает главный научный сотрудник ФИЦ ИЦиГ СО РАН, заведующий сектором криоконсервации и репродуктивных технологий, д.б.н. Сергей Амстиславский.
– Стремительная экспансия человека, без преувеличения, оказалась смертельно опасной для наших соседей по планете. Яркая иллюстрация этого – список видов, занесенных в Красную книгу, который, несмотря на все старания защитников природы, неуклонно растет. Причем, для исправления ситуации в отношении многих редких и исчезающих видов млекопитающих надо найти решение сразу нескольких сложнейших задач. Одна из них – получение потомства, обеспечивающего рост популяции вида. Часто сокращение численности популяций редкого вида в природе усугубляется тем, что в неволе животные этого вида размножаются очень плохо. Пробуя разные подходы, ученые разных стран пришли к выводу, что предотвратить исчезновение дикого вида можно лишь, сочетая традиционные способы, такие как сохранение популяций в природе при помощи создания охраняемых территорий и применяя методы репродуктивной биологии. Наиболее известным подходом является искусственное оплодотворение, которое успешно используется и в сельском хозяйстве. Наряду с этим, были созданы технологии не только оплодотворения, но и длительного хранения зародышей и гамет с помощью криоконсервации.
Первые успешные эксперименты с эмбрионами мышей были проведены в двух лабораториях Великобритании в начале 1970-х годов. Кстати, в состав одной из групп исследователей входил Ян Уилмут, который четверть века спустя потряс мир сообщением о рождении первого клонированного млекопитающего — овцы Долли.
Но оставался вопрос – где взять нужное количество самок? Ведь часто речь идет о считанных сотнях, а то и десятках уцелевших представителей вида. А межвидовая трансплантация не подходит: эксперименты показали, что эмбрионы одного вида, искусственно подсаженные к самке другого практически никогда не приживаются.
– Получается – тупик? Или все же выход найти можно?
– Можно, и путь к нему подсказала работа, начатая в Новосибирске еще в 1970-е годы. Тогда, при Институте систематики и экологии животных известные во всем мире биологи-звероводы Дмитрий Владимирович и Юлия Григорьевна Терновские основали ферму, на которой разводили пушных зверей. И не просто разводили – сотрудники биологических институтов Академгородка проводили там исследования. В частности, много работали с европейской норкой. К тому времени отечественные зоологи Терновский и Туманов уже доказали, что этот вид стремительно вытесняется американской норкой и находится под угрозой вымирания. Исследования, которые проходили на ферме Терновских, помогли преодолеть барьер, связанный с межвидовой трансплантацией: оказалось, то, что не работает между видами, возможно обойти с участием гибридов. Сначала Терновские скрестили норку с хорьком, получился хорошо известный звероводам гибрид – хонорик. А затем самкам хонорика мы стали подсаживать эмбрионы как норок, так и хорьков. И в результате самки хонорика успешно приносили потомство, причем, иногда даже в одном помете – детенышей двух разных видов. Относительно недавно этот эксперимент был повторен с мохноногими хомяками. Сначала также были получены межвидовые гибриды при скрещивании хомячков Кэмпбелла и джунгарского. После чего этим гибридам удалось успешно пересаживать эмбрионы от обоих видов участвовавших в гибридизации и получать живое потомство.
– И этот подход можно применять для спасения других вымирающих видов?
– По крайней мере, если речь идет о млекопитающих. Мы получили положительные результаты с куньими и хомячками, а теперь работаем с кошачьими.
– Почему именно с ними?
– У кошачьих весьма непростая ситуация.
Из 36 видов этого семейства кошачьих лишь судьба домашней кошки совершенно не вызывает опасения. Ареал же большинства диких видов кошачьих непрерывно сокращается, и многие из них занесены в Красную книгу. Опять же, кошачьи относятся к животным, которые очень плохо размножаются в неволе, так что зоопарки решить проблему восстановления популяции не в состоянии.
Ну и свою роль сыграло то, что в России есть питомники, в которых существует возможность собирать генетический материал диких кошек в криобанки без вреда для взрослых животных.
– И насколько далеко Вы с коллегами продвинулись в этом направлении?
– Это только на словах все выглядит просто, а на практике перед нами встало сразу несколько задач. Прежде всего, надо было научиться получать потомство гибридов домашней кошки и ее сородичей. Это хонорики давно известны, а с кошками ситуация иная. В Новосибирск было доставлено замороженное семя диких видов кошачьих: дальневосточного лесного кота, красной и евразийской рыси. Яйцеклетками домашних кошек поделились ветеринарные клиники города. И вскоре нам удалось получить методом экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) первые гибридные кошачьи эмбрионы, когда в чашке Петри яйцеклетки домашних кошек оплодотворили семенем дальневосточного лесного кота. Конечно, на данном этапе речь идет только об эмбрионах возрастом в несколько дней. Тем не менее, видно, что эти эмбрионы успешно развиваются.
– Вы были первыми, кто получил эмбрионы кошачьих с помощью ЭКО?
– Нет, это не является нашим ноу-хау. Подобную процедуру проделывали неоднократно, и сегодня, образно говоря, «получить кота в пробирке» умеют в ряде лабораторий мира. Но обычно для исследований яйцеклетки домашней кошки оплодотворяли семенем домашнего же кота. И это не решало проблему воспроизведения популяции диких кошачьих. Нам же удалось получать жизнеспособные эмбрионы именно гибрида. И в этом заключается уникальность нашего результата, которым заинтересовались многие, в том числе и зарубежные генетики.
– Я правильно понимаю, что создание гибрида было только первым шагом?
– Правильно. Следующим этапом стал поиск подходящих криопротекторов, которые обеспечивали бы возможность без вреда замораживать и хранить семя дальневосточного лесного кота, красной и евразийской рыси. А этой осенью был получен еще один весомый результат – вместе с коллегами из Института автоматики и электрометрии СО РАН с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния света нам удалось успешно проводить мониторинг процессов, которые протекают в эмбрионе в процессе замораживания. Это позволит в будущем успешно замораживать и хранить в криобанке не только семя, но и полученные с помощью ЭКО эмбрионы кошачьих. Теперь в планах – опробовать процесс замораживания на гибридных эмбрионах, полученных путем оплодотворения яйцеклеток домашней кошки семенем диких представителей семейства кошачьих.
– Пока что речь идет об эмбрионах возрастом в несколько дней. А когда можно ожидать появления первых родившихся котят-гибридов?
– Это уже несколько не наша область компетенции. Наши возможности ограничены проведением экспериментов в режиме ин витро (в пробирке). А следующие шаги требуют совершенно иной инфраструктуры. Напомню, что в случае с норками и хорьками, речь шла о специальной ферме, где работали специалисты высочайшего класса – я говорю про Терновских и их коллег. Получить потомство гибридов дикой и домашней кошек можно только в аналогичных условиях, которыми наш Институт, по крайней мере на сегодняшний день, не располагает. А если мы говорим о практическом применении этой методики с целью получения гибридов, то уже нужен специализированный кошачий питомник. Причем масштабировать нашу (как и любую другую) методику тоже не так-то и просто – потребуется решать новые задачи, прежде всего, из области ветеринарии, что опять-таки потребует привлечения дополнительных специалистов. Если говорить о мировой практике, то ученые, занимающиеся репродуктивной биологией кошачьих, работают, как правило, также, как и мы, в условиях научных лабораторий, то есть в подавляющем большинстве случаев полученные путем ЭКО эмбрионы кошек до рождения никто не доводит. Каждый «искусственный котенок», рожденный после применения подобных технологий, - это большое событие, даже если говорить не о гибридах. Что касается полученных ин витро гибридов, то пока таких котят не было вообще. Однако за рубежом существуют специализированные питомники, где межвидовых и межродовых гибридов получают путем естественного спаривания между котами диких видов и домашними кошками. И такое направление за рубежом успешно развивается. Вот здесь бы и пригодились репродуктивные технологии, так как из-за этологических и биологических различий «естественным путем» получить потомство между разными видами всегда сложно.
Тем не менее, известные породы кошек с прилитием «дикой крови», такие как бенгал, саванна, сафари, каракет и другие – одни из самых востребованных и популярных. И, соответственно, очень дорогих. Пока что эти породы воспринимаются как трэнд в селекции домашних кошек, но они могли бы стать инструментом сохранения исчезающих видов, если во главу угла поставить именно эту проблему.
Возвращаясь к Вашему вопросу: если говорить о котятах, то это возможно лишь в рамках специализированного проекта на стыке репродуктивной биологии, ветеринарии и фелинологии, реализовать который под силу лишь государству или даже международной коллаборации. И при этом надо понимать, что восстановление поголовья – лишь одна из граней проблемы. Не стоит забывать и о том, что кошачьи (как и многие другие виды) оказались на грани исчезновения во многом из-за сокращения ареалов обитания, браконьерства и нарушения природных биотопов в результате человеческой деятельности. Иначе говоря, надо понимать, куда затем будут передаваться выращенные в питомниках, в том числе и с применением репродуктивных технологий животные, найдется ли для них место, где ни смогут существовать в естественных условиях или приближенных к естественным условиях. И этот вопрос также находится далеко за пределами компетенции ученых – это прерогатива государств и международных природоохранных организаций. А задача ученых – обеспечить их необходимыми инструментами, над чем мы и работаем. Есть, однако, и обнадеживающие примеры удачного сотрудничества ученых-биологов и государства для сохранения вида который был на грани исчезновения – это история черноного хорька (Mustela nigripes) в Северной Америке. Это легендарное животное, встречавшее первых переселенцев и обитавшее в изобилии на просторах американского континента, в XX веке практически исчезло. Случайно обнаруженная колония, состоящая из нескольких особей, была взята под особый контроль и была создана мультидисциплинарная программа, в ходе которой, с активным применением репродуктивных технологий, удалось размножить черноногого хорька и сейчас этот симпатичный зверек уже не вызывает опасений быть причисленным к вымершим видам.
Наталья Тимакова