Животные модели для исследования зависимости

Модели мышей для зависимости

Десятилетия назад исследователи впервые протестировали штаммы лабораторных крыс и мышей на наличие определенных признаков зависимости, таких как сильное предпочтение определенных наркотиков или алкоголя. Поскольку люди в пределах одного штамма практически идентичны, все они имеют одинаковый профиль зависимости. Но исследователи обнаружили, что люди из разных штаммов имели совершенно разные профили зависимости. Это был один из первых признаков того, что зависимость имеет генетический компонент.
Вскоре исследователи узнали, что путем выборочного размножения крыс или мышей с определенными чертами зависимости можно получить линии животных с очень специфическими профилями зависимости. Они разводили мышей с разными предпочтениями в отношении лекарств, чувствительностью, толерантностью, зависимостью и симптомами отмены.
Сегодня исследователи все еще изучают некоторые из этих линий и линий животных. Например, доктор Скотт Роджерс изучает разные линии мышей (справа), которые различаются по способности вызывать зависимость от алкоголя. После выявления генов, связанных с этой уязвимостью у мышей, исследователи надеются идентифицировать гомологичные гены у людей, которые делают человека более или менее восприимчивым к алкогольной зависимости. Фотография доктора Роджерса предоставлена ​​Институтом мозга Университета Юты.

Когда у людей есть ген, общий с другим организмом, ученые называют аналогичный ген «гомологом» или «гомологичным геном».

Еда, воспитание и социальное взаимодействие необходимы для выживания не только людей, но и животных. Эти потребности сформировали первый путь вознаграждения у древнего животного, жившего миллионы лет назад.
Как только он появился, гены, которые формируют путь вознаграждения, передавались из поколения в поколение в процессе, называемом естественным отбором. Поскольку путь вознаграждения увеличивал шансы животных на размножение, он был «отобран», то есть генетически передавался от одного поколения к другому. Со временем путь вознаграждения оставался центральной частью мозга, даже когда остальная часть мозга усложнялась.
Поскольку у животных и людей общий путь вознаграждения — и большинство управляющих им генов — животные также подвержены наркозависимости. Это сходство делает животных удобным инструментом для исследователей, изучающих зависимости.

Структуры возле основания (синий) и центра (розовый) человеческого мозга эволюционно очень стары. Мы разделяем многие из этих структур с рыбами, амфибиями, птицами и рептилиями.

Лимбическая система как у крыс, так и у людей контролирует инстинкты, питание, борьбу, бегство и сексуальное поведение. Но у грызунов и людей есть нечто большее, чем просто путь вознаграждения. На самом деле, все устройство мозга почти идентично. Оба используют одни и те же нейротрансмиттеры и рецепторы, одни и те же белки для высвобождения и рециркуляции синаптических пузырьков и сходные сигнальные механизмы.
Эти функции контролируются генами, поэтому вполне понятно, что люди и грызуны генетически похожи. Но если у нас общие гены, то что же делает людей и грызунов такими разными? Многие различия происходят из-за небольших различий в последовательностях ДНК генов. А некоторые гены активны в разное время или в разных тканях на протяжении развития и жизни организма. Где и когда производится белковый продукт гена, иногда могут возникать кардинальные различия между организмами, способствуя их внешнему виду и уникальным способностям.

Животные являются особенно ценным инструментом исследования, потому что они позволяют ученым проводить эксперименты, которые они никогда не смогли бы провести на людях. Многие животные, особенно мыши, значительно расширяют наше понимание сложной болезни зависимости.
Даже у организмов, не имеющих сложного мозга, таких как плодовая мушка и аскарида, есть много общих частей, образующих путь вознаграждения. У них те же нейротрансмиттеры, рецепторы и сигнальные механизмы, что и у нас. Поэтому ученые обычно изучают различных животных, чтобы узнать о различных аспектах биологии человека, включая путь вознаграждения и зависимость.
Геномы многих организмов, используемых в исследованиях, были секвенированы. Поэтому, когда исследователи обнаруживают в модельном организме ген, играющий роль в развитии зависимости, они могут идентифицировать аналогичный ген у людей путем поиска в базе данных ДНК похожих последовательностей. Как только они идентифицируют человеческий ген, они могут его изучить.
Справа несколько модельных организмов, которые использовались в исследованиях зависимости. (Изображение предоставлено: Мышь — Jackson Laboratories; C. elegans — доктор Эрик Йоргенсен.)

Шимпанзе , Пантроглодиты — 20 000-25 000 генов (как и у человека) Всего 50 человеческих генов не имеют известного гомолога у шимпанзе. Одна треть кодирующих белок генов в геномах человека и шимпанзе имеет идентичные последовательности.
Мышь , Mus musculus — 20 000-25 000 генов (как у человека) Средний ген мыши приблизительно на 85% подобен своему гомологу человека.
Рыбки данио , данио рерио — 25 000 генов Ученые регулярно переносят человеческие гены в рыбок данио и изучают их функции.
Плодовая муха , Drosophila Melanogaster — 13 600 генов Приблизительно 60% генов известных болезней человека имеют аналог у плодовой мушки.
Аскариды , Caenorhabditis elegans — 19 100 генов Самый ранний организм с центральной нервной системой. Разделяет около 21% своих генов с людьми.