Сумчатые животные, во многом радикально отличающиеся от привычных нам плацентарных млекопитающих, вызывают у ученых все возрастающий интерес. Сейчас японские исследователи отработали технологию генетической модификации опоссума – одного из самых древних сумчатых, внешне напоминающего обыкновенную мышь
Сумчатых животных относят к млекопитающим, однако их биология во многом уникальна по сравнению с плацентарными, к которым принадлежит и человек. Основное отличие, как ясно из названия, связано с особенностями размножения: период эмбрионального развития у сумчатых очень короткий, детеныши рождаются маленькими и недоразвитыми, а дальнейшее развитие происходит чаще всего в материнской сумке, как у всем известного кенгуру.
Представители обеих групп млекопитающих известны начиная с раннего мела, однако истинная плацентарность, проявляющаяся в длительном вынашивании детенышей, по-видимому, развилась не раньше начала кайнозоя. По крайней мере еще у ранних плацентарных вплоть до конца мела имелись так называемые сумчатые кости.
С начала кайнозоя судьбы сумчатых и плацентарных разошлись: они оказались географически разделенными на северных и южных материках, и они долгое время эволюционировали независимо. И хотя за это время среди обеих групп млекопитающих, сумчатых и плацентарных, образовались очень похожие формы (произошла конвергентная эволюция), сходство это зачастую лишь внешнее: в случае с сумчатыми ряд задач природа решила иначе.
Самые древние и наименее специализированные сумчатые принадлежат к семейству опоссумовых. Обитают они не в Австралии – современном прибежище этой группы млекопитающих, а в Северной и Южной Америке. Хорошим модельным организмом считается домовый, или серый короткохвостый опоссум (Monodelphis domestica), поскольку по размерам и характеру размножения он практически не отличается от мышей и крыс, которых легко разводить в домашних и лабораторных условиях. Этот вид и стал первым сумчатым с секвенированным геномом.
Зачем ученым такое животное, которое уже получило название «лабораторный опоссум»? Во-первых, он нужен эмбриологам. Детеныши опоссума рождаются после всего лишь двух недель беременности, а поскольку сумки как таковой у этого сумчатого нет, ученые могут воочию наблюдать за процессами, которые у плацентарных млекопитающих протекают скрытно во внутриутробной среде.
Кроме того, у опоссумов, как и у людей, ультрафиолетовое излучение может спровоцировать рак кожи, что делает его моделью для изучения фотоиндуцированных заболеваний. А новорожденные детеныши опоссума, к примеру, способны самопроизвольно излечиться от травмы спинного мозга. Поэтому этих животных используют в исследованиях рака и работы иммунной системы.
Для изучения биологических процессов сейчас широко используются генетически модифицированные животные, в том числе полученные при помощи технологии редактирования генома CRISPR/Cas9. Например, чтобы узнать функцию гена, исследователи часто «выключают» его. Но в распоряжении ученых сейчас нет отработанной методики манипулирования геномами сумчатых, и исследователи из Центра исследований динамики биосистем RIKEN (Япония) восполнили этот пробел.
Процедуры генетического редактирования генома требуют систематического сбора у самок оплодотворенных яйцеклеток. Но для спаривания паре опоссумов, в отличие от «быстрых» мышей, требуется около недели, что наряду с еще некоторыми другими особенностями этих животных затрудняет эксперименты.
Поэтому сначала ученые отработали для опоссума успешные репродуктивные технологии (от стимуляции совокупления до переноса эмбрионов в матку самок). Затем с помощью метода CRISPR/Cas9 они «отключили» у животных ген Tyr, ответственный за выработку в коже черного пигмента меланина. Так появились на свет опоссумы-альбиносы, и исследователи убедились, что измененный ген наследуется далее в поколениях.
Теперь у ученых есть инструмент для создания генетически модифицированных сумчатых, и изучать их станет проще и продуктивнее.
Фото: https://commons.wikimedia.org