«Кошка за мышкой»: решаем проблему консервации «жирных» половых клеток и эмбрионов⁠⁠

Барханный кот, один из самых мелких представителей кошачьих, сейчас находится под защитой. Берлинский зоопарк, ФРГ. Фото С. Амстиславского

Поразительной устойчивостью к замораживанию могут похвастаться не только многие беспозвоночные, от знаменитых тихоходок и усоногих раков до сотен видов насекомых, включая личинок комаров, но даже некоторые амфибии и рептилии. Что касается млекопитающих, то заморозить и «воскресить» такой организм природа не в силах, как и современная наука. Что не относится к половым клеткам и эмбрионам на ранних стадиях развития: сегодня криоконсервацию успешно применяют в животноводстве, медицине и в научных целях. Но далеко не все проблемы в этой области решены: ученые Института цитологии и генетики СО РАН продолжают вести поиск оптимального способа криосохранения генетического материала диких видов кошачьих

Открытие, что живые существа способны находиться в состоянии «латентной жизни», связывают с именем изобретателя микроскопа Антони ван Левенгука, который в начале XVIII в. обнаружил феномен «воскрешения» коловраток после добавления к пыли капель воды. В течение последующих двух столетий при попытках искусственного осеменения выяснилось, что семя млекопитающих можно сохранять при низких температурах. Наконец, когда в середине XX в. были открыты защитные свойства трехатомного спирта глицерина, позволяющего сперматозоидам переживать охлаждение до температуры жидкого азота (!), криоконсервацию стали широко применять для искусственного осеменения в животноводстве. Позже было обнаружено, что можно замораживать, хранить и успешно размораживать зародыши, находящиеся на ранних стадиях своего развития...

Сейчас в мире существуют банки генетических ресурсов, где хранится множество криоархивированных гамет, эмбрионов и эмбриональных стволовых клеток самых разных организмов. Во-первых, речь идет о так называемых чистых линиях лабораторных животных, преимущественно мутантных, трансгенных и нокаутных (с выключенными генами) мышей, крыс, кроликов и хомячков. Во-вторых, о домашних животных, ценных в генетическом отношении, а также диких, находящихся под угрозой исчезновения – к последним можно отнести чуть ли не пятую часть всех обитающих на планете видов млекопитающих. Яркий пример – семейство кошачьих, в котором из нескольких десятков видов процветает лишь домашняя кошка. Технологии репродуктивной биологии и криоконсервации, позволяющие в лабораторных условиях воссоздавать живых особей из замороженных половых клеток и эмбрионов, могут дать этим видам шанс на выживание.

Но что делать, если в криобанке имеются гаметы или зародыши исчезающего вида, но нет самки «той же крови», способной сыграть роль суррогатной мамы? Как известно, эффективность трансплантации эмбрионов одного вида самке другого вида обычно крайне низка. Новосибирские исследователи предложили использовать в таких случаях гибридных самок, полученных путем скрещивания представителей близкородственных видов. В частности, скрестив норку и хорька, они получили прекрасных суррогатных матерей, успешно выносивших здоровых хорчат и норчат.

Однако успешные попытки криоконсервации эмбрионов и гамет исчезающих видов хищных, в отличие от лабораторных мышей и крыс, пока крайне немногочисленны. Дело в том, что яйцеклетки и клетки эмбрионов всех представителей отряда хищных, а также многих видов сельскохозяйственных животных, прежде всего свиней, содержат много липидных (жировых) гранул. Из-за этого они по неизвестным причинам существенно хуже переносят криоконсервацию. При попытках же понизить содержание липидов у эмбрионов свиней непосредственно перед замораживанием выяснилось, что эта процедура сама по себе ведет к нарушениям в развитии эмбриона.

С этой проблемой исследователи из сектора криоконсервации и репродуктивных технологий Института цитологии и генетики СО РАН (Новосибирск) столкнулись при работе над проектом по сохранению генетического разнообразия диких видов семейства кошачьих. Одна из задач проекта состояла в поиске криопротекторов и способов охлаждения для успешной криоконсервации семени дальневосточного лесного кота и рыжей и евразийской рыси.

Сначала нужно было понять, что именно происходит с липидами во время охлаждения. Подходящей и удобной экспериментальной моделью для изучения этого феномена стали эмбрионы и яйцеклетки домашней кошки, также отличающиеся высоким содержанием липидов. Работа велась совместно с коллегами из новосибирского Института автоматики и электрометрии СО РАН, которые создали оборудование на основе метода комбинационного рассеяния света, позволяющее буквально «заглянуть внутрь» живых клеток в процессе их охлаждения в режиме реального времени. В ходе наблюдений исследователям удалось зафиксировать переход липидов из одного фазового состояния в другое и определить важные параметры этого процесса.

Далее новосибирские ученые намерены изучить процесс развития зародышей после искусственного снижения уровня липидов на примере домашней кошки. А также отработать «зеркальную» ситуацию на экспериментальной модели – искусственно насыщенных липидами «низкожировых» эмбрионах мыши. Такой двусторонний подход должен помочь пониманию процессов, происходящих с участием липидов на ранних стадиях эмбрионального развития, и оценить их влияние на ход криоконсервации.

Детальное изучение клеточных процессов, происходящих во время замораживания, поможет сделать этот метод более управляемым и повысить конечный «выход» для проблемных видов животных. Что касается фундаментальной значимости подобных результатов, то изучение поведения внутриклеточных липидов особенно актуально в связи с «пандемией» ожирения, которую мы сегодня наблюдаем у людей.

По материалам пресс-релиза ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН»