Неінвазивна генетика: Оксфорд виділяє клітини з тваринного посліду

Ось розгорнута новина українською мовою, створена на основі наданого тексту:

Заголовок: «Poo Zoo» Оксфорду: Живі клітини з посліду тварин для генетики та збереження видів

Лід: Проект «Poo Zoo» Оксфордського університету розробляє методи виділення живих клітин з посліду тварин. Цей неінвазивний підхід може революціонізувати моніторинг дикої природи та сприяти збереженню біорізноманіття.

Теги: Poo Zoo, Оксфордський університет, тваринний послід, живі клітини, генетика, біорізноманіття, збереження видів, Сюзанна Вільямс, неінвазивний метод, консервація, біобанкінг, клітинні технології

Текст новини:

Професор Сюзанна Вільямс з Оксфордського університету, можливо, воліла б не проводити свої дні, аналізуючи зразки екскрементів. Це брудна робота, але хтось мусить її робити, особливо в часи, коли біорізноманіття планети стрімко скорочується. За даними звітів, популяції диких тварин зменшилися в середньому на 73% між 1970 та 2020 роками. Для Вільямс та її невеликої команди в Оксфорді тваринний послід містить відповіді, які можуть допомогти природоохоронцям краще моніторити дику природу та, можливо, навіть відновити популяції, що зникають.

Коли тварини випорожнюються, вони скидають живі клітини зі своїх кишківників, і ці клітини можна знайти на зовнішній поверхні екскрементів, пояснює Вільямс, професорка фертильності та репродуктивного здоров'я. Живі клітини містять ДНК та цінну генетичну інформацію, яка допомагає дослідникам зрозуміти генетичне різноманіття видів. Ці дані можуть стати основою для програм розведення, біобанкінгу та інших зусиль зі збереження видів.

Традиційно, для отримання зразка тканини (наприклад, невеликої біопсії шкіри) дику тварину необхідно було б зловити та застосувати анестезію. Це процес, який потребує багато часу і є стресовим для тварини, зазначає Вільямс. Крім того, у багатьох країнах, включаючи Велику Британію та Європу, взяття зразків тканин для дослідницьких цілей суворо регулюється і часто дозволяється лише тоді, коли це безпосередньо приносить користь здоров'ю конкретної тварини. Це значно ускладнює збір великих обсягів даних про генетичне різноманіття популяцій.

Саме тому Вільямс ініціювала так званий «Poo Zoo» («Фекальний зоопарк»), заснований у жовтні 2024 року за фінансування некомерційної організації зі збереження природи Revive and Restore. Проект спирається на попередні дослідження японських вчених, які змогли виділити живі клітини з мишачого посліду, хоча ті клітини були низької якості та сильно забруднені фекальними бактеріями, зауважує Вільямс.

Удосконалюючи та оптимізуючи методи виділення клітин, Вільямс сподівається покращити якість клітин та запропонувати природоохоронцям неінвазивний спосіб збору живих клітинних зразків. У довгостроковій перспективі це може сприяти розвитку біобанкінгу — сховищ генетичного матеріалу, який можна використовувати для методів допоміжної репродукції, таких як ЕКЗ (екстракорпоральне запліднення), для рідкісних та зникаючих видів.

«Справа не в тому, що це дасть кращий зразок (ніж з тканини), це точно не так. Але я не можу просто підійти до снігового барса в дикій природі», — каже Вільямс. «Якщо ж ви дізнаєтесь, де вони випорожнюються, ви можете встановити фотопастку і піти зібрати зразки, тоді як отримати зразок від цих тварин іншим способом просто неможливо».

Розпочавши з мишачого посліду, який був легко доступний в університетській лабораторії, команда експериментувала з різними методами розведення та фільтрації екскрементів, щоб отримати клітини «якомога чистішими» та якомога швидше, аби зберегти їхню життєздатність.

Після вдосконалення техніки для мишей, «Poo Zoo» поставив перед собою амбітнішу мету: слонячий послід. Хоча Вільямс прагнула працювати з видом, який часто перебуває в центрі уваги природоохоронних зусиль, розмір тварини та її екскрементів створив значні проблеми.

«Мишачий послід — це маленькі сухі гранули. У слона ж — величезний болюс, який ви буквально тримаєте двома руками. Вони величезні. Як з цим працювати і перетворити це на клітини в пробірці, не створивши океан посліду та рідини?» — пояснює Вільямс.

Цей виклик прийняла дослідниця біобанкінгу докторка Ріаннон Болтон у партнерстві з Честерським зоопарком, який надав доступ до свіжого слонячого посліду. «У зоопарку проводять досить багато роботи з аналізу фекалій, чи то дослідження мікробіому (мікроорганізмів), чи гормонів у посліді», — каже Болтон. Це допомагає доглядачам зоопарку моніторити вагітність або фертильність тварин.

Вдосконалення методики — деталі якої тримаються в секреті до публікації в рецензованому науковому журналі — було «значною мірою методом спроб і помилок», каже Болтон, починаючи від промивання всього болюса до взяття крихітних зіскрібків з поверхні. «На початку все ще було досить багато сміття, а зараз ми отримуємо набагато менше домішок у наших зразках», — додає вона.

Існують й інші неінвазивні методи збору зразків, наприклад, пастки для волосся, які використовують феромони для приваблення диких тварин та клей для збору зразків волосся. Дослідники раніше використовували цей метод для вивчення популяцій ссавців, хоча Болтон зазначає, що зразки волосся можуть давати менше клітин, які до того ж більш вразливі до умов навколишнього середовища, тоді як послід пропонує надійне та багате джерело клітин. «Унікальні протоколи, які ми розробили, є простими та економічно ефективними, і тому їх можна легко впровадити масово», — додає вона.

Команда вже неодноразово успішно виділяла живі клітини слонів, демонструючи надійність своєї методики, каже Вільямс. Вона сподівається, що після публікації дослідження, цю техніку можна буде застосовувати в польових умовах. Природоохоронці часто відстежують тварин за слідами, шерстю та послідом, що може надати можливість для збору зразків у дикій природі.

«Єдиним обмеженням, я думаю, буде свіжість зразка», — каже Вільямс. Оскільки весь послід, з яким вони працювали, походив з контрольованого середовища зоопарку, вона припускає, що погодні умови можуть впливати на сухість посліду, а отже, і на якість зразка. «Якщо він лежить на сонці, це може бути не найкращий варіант, тому, можливо, варто переконатися, що він знаходиться в тіні», — додає вона.

Генетичний аналіз — це лише одне з можливих застосувань досліджень «Poo Zoo». Існує також потенціал для виділення зі стільця клітин, які можна використовувати для створення ембріонів для штучного запліднення. У 2006 році японський вчений Сін'я Яманака відкрив, що деякі клітини можна «перепрограмувати» в інші типи клітин, такі як сперматозоїди та яйцеклітини, за що отримав Нобелівську премію з фізіології та медицини 2012 року. Вчені використовували ці перепрограмовані клітини, відомі як індуковані плюрипотентні стовбурові клітини (іПСК), для успішного створення здорових мишенят і зараз досліджують можливість застосування цієї технології для інших видів.

Однак, перш ніж клітини, виділені з посліду, стануть корисними для біобанкінгу, необхідно подолати кілька перешкод, каже Вільямс: «Найбільшим викликом було, є і завжди буде — переконатися, що зразки чисті. Збір клітин з такого середовища є неймовірно брудним і сповненим бактерій».

Деконтамінація таких зразків є «дуже, дуже складною» та ресурсомісткою, каже доктор Томас Гільдебрандт, професор управління репродукцією в Інституті дослідження зоопарків та дикої природи імені Лейбніца в Німеччині, одному з найбільших центрів біобанкінгу в Європі. Гільдебрандт не пов'язаний з «Poo Zoo», але співпрацював з Вільямс над попередніми проектами, зокрема щодо фертильності носорогів.

«Я думаю, що така технологія надасть вам важливу інформацію щодо генетичного патерну цієї тварини, і, можливо, навіть про стан її здоров'я», — каже Гільдебрандт. Однак він скептично ставиться до того, чи буде якість клітин коли-небудь достатньо високою для створення іПСК, і побоюється, що фекальне забруднення може змінити «епігенетичний профіль» — коли фактори навколишнього середовища змінюють роботу генів. При створенні ембріонів, додає він, «ми повинні починати з найкращих клітин».

Наразі більшість депозитів біобанків збираються від тварин, що утримуються в неволі, каже Гільдебрандт. Ветеринари регулярно беруть зразки крові, коли тварини хворіють, які потім можна використовувати для біобанкінгу. Хоча з крові «набагато складніше» виділити клітини, ніж з біопсії шкіри, це просто порівняно з послідом, каже він, додаючи, що юридичне оформлення використання цих зразків часто є більшою перешкодою, ніж сам процес виділення. Хоча збір зразків від диких тварин міг би збільшити різноманітність колекції біобанку, Гільдебрандт каже, що існує багато невідомих факторів, включаючи хвороби, які можуть зробити зразки непридатними. Попри свій скептицизм, Гільдебрандт сподівається, що проект принесе результати. «Я думаю, що наука може запропонувати нові рішення, і іноді рішення не є очевидним», — каже він.

Хоча використання цих клітин у біобанкінгу все ще є віддаленою перспективою, Болтон та Вільямс вважають, що «Poo Zoo» може надати недороге рішення для збору генетичних даних як у зоопарках, так і в дикій природі. Наразі вони досліджують інші види, щоб удосконалити свою методологію.

«Ми втрачаємо біорізноманіття з абсолютно тривожною та жахливою швидкістю, і види не виживуть, якщо вони не будуть генетично різноманітними», — каже Болтон. «Наявність неінвазивного варіанту може розширити ці можливості. Це може забезпечити збір більшої кількості клітин і збереження більшого різноманіття».

Нинішню швидку втрату дикої природи та екосистем іноді називають «шостим масовим вимиранням». У міру того, як популяції тварин стають меншими та ізольованими від інших груп, зростає ймовірність інбридингу (близькоспорідненого схрещування). Це зменшує генетичне різноманіття, роблячи тварин менш стійкими до таких загроз, як хвороби та зміна клімату, та збільшує ймовірність прояву негативних ознак. Недавній метааналіз показав, що генетичне різноманіття знижується у сотень видів, зачіпаючи дві третини проаналізованої дикої природи. Інше дослідження, яке використовувало статистичний аналіз, а не зразки ДНК, виявило, що 58% видів у його вибірці не мали достатньо великих популяцій для підтримки генетичного різноманіття.

«Більше генетичне різноманіття робить популяцію тварин стійкішою, вони краще протистоять хворобам», — каже Вільямс. Вона бачить потенціал для застосування цієї технології для всіх видів, оскільки вимирання стаються все частіше.

«Я б хотіла ніколи не займатися цією роботою, щоб світ був прекрасним місцем, де тварини не перебувають під загрозою зникнення, і люди не полюють на них», — каже Вільямс. «Якби це було можливо, я б зупинилася. Але це не так; тому ми робимо таку роботу, яку я вважаю дуже, дуже важливою».