Під час розмови з завідувачкою кафедри біохімії та біотехнології ПНУ Марією Байляк ми дізнались про розробки альтернативного матеріалу на основі комбучі, яким теоретично можна замінити пластик. Але це – лише невелика частина роботи кафедри. Не менш вражаючою для пересічної людини є також робота науковців кафедри над розробками на основі дослідів на плодових мушках – дрозофілах, – унікальних істотах, ДНК яких на 60% збігається з людською і які мають багато подібних біологічних процесів. Про те, які дослідження дрозофіл приносять користь людству, та про інші дослідження на кафедрі – у другій частині матеріалу.
Дрозофіли – маленькі моделі для великих відкриттів
Здавалося б, де мушки, а де люди. Проте генетичний код плодових мушок-дрозофіл практично такий, як в людини, лише складається з набагато меншої кількості генів. Цикл життя-смерть у мушок триває приблизно 2-3 місяці, і така особливість дозволяє вченим досліджувати різні моделі в короткі терміни. Також, на мушок не поширюються правила біоетики, що сильно спрощує дослідження.
Ось наші мушки. Ми вирощуємо їх у різних пробірках, тобто у різних середовищах. Спостерігаючи та досліджуючи дрозофіл, ми вивчаємо тривалість життя, вплив різних факторів на його тривалість. Мушки – ідеальні моделі для таких досліджень. Вони мають короткий життєвий цикл, мають схожу до людської ДНК та метаболізм і по-різному реагують на різні зміни середовища. Мушки, як і люди, мають однакові циркадні ритми – вдень активні, а вночі сплять. Регулятори циркадних ритмів вперше були відкриті саме на дрозофілах. Люди відрізняються один від одного зовнішньо через значно більший набір білків. У мушок в цьому плані різноманітність не така велика, вони однакові на вигляд. Але базово на генетичному рівні ми дуже схожі.
Як різні харчові додатки впливають на тривалість життя, які препарати можуть його подовжити, як впливає різне середовище на стан мушок – все це можна досліджувати, спостерігаючи за крихітними створіннями в лабораторії. Є навіть такий підхід: якщо певний препарат не працює на мушках-дрозофілах – то велика ймовірність того, що для людини він також не працюватиме (буде шкодити чи буде неефективним).
Організм людини старіє за схожою моделлю, як і мушки: вони стають менш активні, знижується швидкість руху. Крива загибелі у групах мушок відповідає кривій загибелі у групах людей. Аналізуючи різні впливи, ми можемо прогнозувати, як ті чи інші зміни, препарати, фактори впливатимуть на життя людей.
Наприклад, на мушок, як і на людей, впливає алкоголь. За одним із спостережень помітили, що самці, яким самки відмовляли у спарюванні (через особливості цього процесу у мушок – запліднена мушка вже не може спарюватись і “відмовляє” самцеві), вживали більше алкоголю, ніж ті самці, яким самки у спарюванні не відмовляли.
Є дослідження, що самці менш схильні обирати самок, які вживали жирну їжу, а обирали тих, що харчувались в більшій мірі вуглеводами. У виборі самок таких відмінностей не було.
Такі, на перший погляд “кумедні” спостереження допомагають ученим будувати гіпотези для більш серйозних і глибоких досліджень щодо поведінкових реакцій людей, вивчати механізми стресу, депресії та поведінкових реакцій на різні фактори.
Від лабораторних досліджень до змін у медицині
Для проведення експериментів вчені розробили спеціальні камери, в яких мушки можуть перебувати без пересадки на нове середовище, що мінімізує стрес. Завдяки цьому можна більш точно вимірювати їхню активність, харчові звички та тривалість життя. Зараз ці пристрої проходять процес патентування. Крім експериментів з мушками-дрозофілами на кафедрі також спостерігають за мишами. З ними експерименти суворо регламентовані (на відміну від дрозофіл, на мишей поширюються правила біоетики). Перш ніж розпочати експеримент, потрібно обґрунтувати, що він потрібен. На прикладі мишей науковці почали вивчати ПТСР (пост-травматичний стресовий розлад, – прим.НЕФ).
Миші – соціальні істоти. На них, як і на людей, впливає соціальна ізоляція – розвивається підвищена тривожність, вони починають їсти більш калорійну їжу. Спостерігаючи за поведінкою мишей у різних ситуаціях, ми можемо прогнозувати як такі фактори будуть впливати на людей. І ми не просто спостерігаємо, а вивчаємо сигнальні маркери у крові чи інших органах. На це потрібен час, адже ПТСР може бути відкладеною реакцією. Дослідження можуть тривати місяцями, що еквівалентно кільком рокам у людському житті.
До речі, буває так, що у мишей після стресової ситуації змін у поведінці не було чи вони зникали. Але після смерті мишей з ПТСР на розтині видно біохімічні зміни у мозку. Тобто, ці зміни залишаються з ними на все життя, незважаючи на те, що поведінка може змінитися і стати нормотиповою. З таких спостережень ми можемо зробити висновки, що різкий стрес чи травматичний досвід запускає такі зміни у мозку, які надовго залишаються на рівні біохімічних процесів. І ми хочемо зрозуміти, як такі зміни впливають, наприклад, на імунну систему.
Свої дослідження науковці кафедри біохімії і біотехнології ПНУ публікують переважно в іноземних наукових журналах англійською мовою, щоб наукові праці були доступні міжнародній науковій спільноті. Адже в науці це так працює – хтось щось дослідив, зробив на основі цього публікацію, і інший науковець може вдосконалювати свої розробки та далі публікувати наступні етапи дослідження. Саме так працює наука: відкриття стають фундаментом для подальшого прогресу.
Науковий шлях від теоретичного відкриття до практичного застосування може зайняти роки. Наприклад, зараз мої колеги тестують метод доставки ліків від хвороби Паркінсона через носову порожнину. Оскільки гематоенцефалічний бар’єр ускладнює проникнення препаратів у мозок, деякі захворювання важко піддаються лікуванню. На цю мить колегам вдалося досягти проникнення ліків на рівні 1 %, що є досить високим показником, але для реального ефекту дослідження мають тривати ще багато років.
Жоден науковець не працює лише заради власної цікавості. Головна мета — зробити так, щоб знання стали корисними для всього людства. І якщо результати одного дослідження стануть основою для нових відкриттів та практичного застосування, це означає, що робота була недаремною.
Це і є наука, і вона розвивається саме так.
Контакти Кафедри біохімії та біотехнології ПНУ.
📞: 0342596171
📥: kbh@pnu.edu.ua
