Коти Дарвіна: Тисячі геномів котів розшифрують за допомогою хутра

Хоча собаки часто опиняються в центрі уваги як «найкращі друзі людини», людство насолоджується товариством котячих створінь вже тисячі років. Тому може здатися дивним, наскільки мало ми досі знаємо про їхній генетичний склад. Щоб заповнити цю прогалину в знаннях, Darwin’s Ark — неприбуткова організація, що займається громадською наукою та має на меті каталізувати дослідження тварин шляхом залучення домашніх улюбленців та їхніх власників до наукових відкриттів — запустила нову ініціативу під назвою Darwin’s Cats («Коти Дарвіна»). Цей амбітний проєкт використовує новий підхід до секвенування, відомий як секвенування на основі хутра, для збору генетичних даних від тисяч котів. Процес надзвичайно простий для учасників: власників просять лише розчесати шерсть свого кота, надіслати зразок хутра для аналізу та заповнити дослідницькі анкети про свого пухнастого друга. Дані, зібрані Darwin’s Cats, допоможуть створити одну з найповніших баз даних котячої генетики, відкриваючи нові можливості для розуміння генетичного різноманіття котів, їхніх рис, поведінки, здоров'я та добробуту.

Організація Darwin's Ark була заснована дослідниками з Інституту Броуда при Массачусетському технологічному інституті (MIT) та Медичної школи UMass Chan. Її перший проєкт громадської науки, Darwin’s Dogs («Собаки Дарвіна»), мав величезний успіх: залучивши понад 45 000 власників собак та їхніх чотирилапих компаньйонів, він став одним із найбільших проєктів громадської науки у світі. Спираючись на цей досвід, команда взялася за розгадку генетичних таємниць котів. Доктор Елінор Карлссон, співзасновниця та головна наукова співробітниця Darwin’s Ark, поділилася деталями розробки методу секвенування з хутра та цілями нового проєкту.

Розробка методу секвенування ДНК з хутра стала значним кроком вперед у науці про домашніх тварин, але цей шлях не був позбавлений труднощів. Однією з найбільших перешкод стало подолання поширеного в науковій спільноті скептицизму. Вчені тривалий час вважали, що для отримання достатньої кількості ДНК необхідно, щоб зразок містив корінь волосини, а це означало, що її потрібно було виривати. Зібране гребінцем хутро — так зване «випавше» — просто відкидалося як непридатний варіант. Доктор Карлссон згадує: «Нам знову і знову казали, що неможливо отримати достатньо високоякісної ДНК з випавшого хутра». Однак, знаючи про успіхи колег у палеогеноміці та криміналістиці, які навчилися виділяти ДНК з надзвичайно старих і крихітних зразків, команда Darwin's Ark вирішила розробити власну технологію. У співпраці з Broad Technology Space Інституту Броуда був створений спеціалізований процес екстракції ДНК та підготовки бібліотек, розроблений спеціально для невеликих зразків котячого хутра. Перше випробування виявилося надзвичайно успішним: команда розіслала набори 96 власникам котів, і з усіх 96 зразків хутра вдалося отримати достатньо високоякісної ДНК для секвенування. Це був обнадійливий результат, адже зазвичай при впровадженні абсолютно нового процесу очікується певний відсоток невдач. Успіх з усіма 96 зразками свідчив про те, що секвенування з хутра може бути винятково надійним та стабільним методом. Для підтвердження точності методу було проведено валідацію: у 13 котів взяли зразки крові, з яких створили високоякісні референсні геноми (з 30-кратним покриттям). Порівняння показало, що дані секвенування зі зразків хутра повністю узгоджувалися з даними, отриманими зі зразків крові. Більше того, порівняно зі стандартним методом збору ДНК за допомогою слини, хутро виявилося навіть кращим за важливим параметром: зразки хутра майже не містять бактерій, що дозволяє отримати більше котячої ДНК і менше ДНК інших організмів. Це, в свою чергу, забезпечує вищу якість даних секвенування за меншу вартість. Цей прорив не лише робить збір ДНК простішим і менш інвазивним (особливо для котів, які часто не люблять маніпуляцій з ротовою порожниною), але й гарантує наукову надійність та масштабованість методу для великих досліджень.

Попри тисячоліття співіснування з людьми, генетика котів залишається напрочуд маловивченою, особливо порівняно з людьми та собаками. Проєкт Darwin's Cats має на меті відповісти на низку нагальних питань. По-перше, це генетична основа поширених захворювань. Багато котів страждають від таких недуг, як хвороби нирок, гіпертрофічна кардіоміопатія та діабет, але досі незрозуміло, наскільки генетика впливає на ризик їх розвитку та яку роль відіграє середовище. Виявлення генетичних маркерів ризику може призвести до кращої діагностики та лікування. По-друге, це зв'язок між генетикою та поведінковими рисами. Наскільки генетика визначає такі аспекти поведінки кота, як соціальність, мисливські інстинкти або навіть реакція на котячу м'яту? Розуміння цього може покращити наші стосунки з котами, допомогти краще задовольняти їхні потреби та дати уявлення про фундаментальні біологічні механізми того, як зміни в ДНК призводять до змін у поведінці тварин загалом. По-третє, це генетичне різноманіття та походження. Вивчення генетичного різноманіття домашніх котів та відстеження їхнього походження може розкрити захоплюючі факти про їхню еволюцію, розвиток порід і навіть допомогти в зусиллях зі збереження видів. Дослідники сподіваються використати генетику для відстеження міграції котів по США та світу, що може пролити світло на історію людства. Нарешті, це визначення фізичних ознак. Такі риси, як колір, візерунки та текстура шерсті, є не лише естетичними — вони можуть багато розповісти про спадковість та біологію розвитку. Коти мають надзвичайний діапазон візерунків шерсті (наприклад, існує чотири або п'ять типів смугастості «таббі»). Зв'язавши відмінності у зовнішності зі змінами в ДНК, вчені сподіваються зрозуміти, як невеликі зміни в ключові моменти розвитку створюють таку неймовірну варіативність. Darwin’s Cats вирішує ці питання шляхом створення всеосяжної генетичної бази даних, яка буде відкритим ресурсом для дослідників усього світу, та залучення власників котів як громадян-науковців для збору цінних даних про поведінку, здоров'я та фізичні риси, пов'язуючи їх з генетичною інформацією.

Громадська наука є центральним елементом проєкту Darwin’s Cats, надаючи власникам котів можливість відігравати активну роль у просуванні досліджень котячої генетики. Ця співпраця вже принесла цінні результати. Одним із видатних аспектів є величезний обсяг та деталізація даних про поведінку та риси, якими поділилися учасники. За допомогою ретельно розроблених анкет власники котів надали інформацію про фізичні особливості, поведінку, історію хвороб та умови життя своїх улюбленців. Такі дані, зібрані у великому масштабі, дозволяють виявляти закономірності, які важко було б помітити у традиційних лабораторних дослідженнях. Запровадження методу збору ДНК на основі хутра також є важливим внеском спільноти, оскільки цей неінвазивний підхід виявився ефективним та зручним для учасників, дозволяючи проводити масштабний генетичний збір зразків без стресу для тварин. Для забезпечення наукової суворості даних Darwin’s Cats використовує структурований підхід. Анкети стандартизовані та базуються на валідованих дослідницьких інструментах для зменшення упередженості та забезпечення послідовності. Дані, надані власниками, перевіряються шляхом порівняння з генетичними результатами для оцінки точності та підвищення надійності. Крім того, роблячи дані доступними для широкого наукового співробітництва, проєкт підтримує прозорість та заохочує незалежну перевірку. Ці зусилля гарантують, що внесок власників котів — це не просто цікаві спостереження, а достовірні, значущі дані, що допомагають поглибити наше розуміння генетики, поведінки та здоров'я котів.

Масштабування проєкту до амбітної мети — залучення 100 000 котів — ставить перед дослідниками значні логістичні та наукові виклики. Однією з найбільших логістичних перешкод є залучення та утримання великої та різноманітної групи учасників. Забезпечення участі власників котів з різним соціальним та географічним походженням та їхньої активності протягом тривалого часу вимагає постійної освітньої роботи, інформаційно-пропагандистської діяльності та розбудови спільноти. Інший серйозний виклик полягає в управлінні якістю та узгодженістю даних. Оскільки десятки тисяч учасників надають спостереження за поведінкою та генетичні зразки, необхідні надійні протоколи та заходи контролю якості для забезпечення наукової валідності даних. Також існує питання інфраструктури: обробка, зберігання та аналіз таких величезних масивів генетичних та поведінкових даних вимагають значних ресурсів, включаючи експертизу в галузі біоінформатики, фінансування та лабораторні потужності.

Попри виклики, потенціал проєкту величезний. Зібрана генетична інформація допоможе дослідникам ідентифікувати маркери, пов'язані з поширеними та рідкісними захворюваннями, фізичними рисами та моделями поведінки. Ці відкриття можуть суттєво покращити діагностику, призвести до більш персоналізованих та ефективних методів лікування і навіть вплинути на стратегії профілактики захворювань котів у всьому світі. Крім медичних застосувань, проєкт надає можливість поглибити розуміння поведінки котів, пов'язавши її з генетичними варіаціями. Це може покращити методи дресирування, догляду та взаємодії з котами, зрештою підвищуючи якість їхнього життя. Дані також можуть бути використані для інформування про більш відповідальні практики розведення, зменшення частоти спадкових розладів та підтримки більшого генетичного різноманіття. А оскільки база даних буде відкритою, її можна використовувати в порівняльних геномних дослідженнях, потенційно виявляючи генетичну схожість між котами та іншими видами, включаючи людей. Такі результати можуть мати далекосяжні наслідки як для ветеринарної, так і для людської медицини. Очікується, що Darwin's Cats започаткує нову хвилю відкриттів, яка може переосмислити наше розуміння котів, догляд за ними та зв'язок з нашими котячими компаньйонами.