Более 60 лет подряд учёные пытались законсервировать эмбрионы рыбы данио-рерио при помощи криотехнологий. Эта рыбка часто используется в качестве модельного животного в исследованиях, связанных со здоровьем человека. Согласно статье, опубликованной в издании ACS Nano, специалистам из Смитсоновского института биологии охраны природы (Smithsonian Conservation Biology Institute) и Миннесотского университета (University of Minnesota) впервые удалось провести успешную криоконсервацию эмбрионов рыбки данио. В ходе работы учёные использовали наночастицы золота и лазер, чтобы разморозить эмбрионы. Предыдущие исследователи потерпели неудачу именно на этом этапе. Считается, что результаты нового исследования будут полезны для здравоохранения, сохранения видового разнообразия и разведения рыб.
«Несомненно, что использование этой технологии, по сути, представляет собой сдвиг парадигмы в криоконсервации и сохранении многих видов диких животных, — рассказывает соавтор исследования Мэри Хагедорн (Mary Hagedorn), исследовательница из института консервационной биологии. — Чтобы заставить что-либо работать при таких низких температурах обычно требуется немного смекалки. Поэтому мы использовали уникальный подход, соединив биологию и существующие технологии. И нам удалось сделать то, что ранее было невозможным: успешно заморозить и разморозить эмбрион таким образом, что после процедуры он не разрушился, а начал развиваться».
Замораживая сперму, яйцеклетки и эмбрионы, специалисты могут сохранить виды, находящиеся под угрозой уничтожения, и сохранить генетическое разнообразие. Более того, замороженный биоматериал может быть использован для восстановления последнего спустя годы — и даже столетия. Хотя учёные успешно замораживали эмбрионы многих млекопитающих, равно как и сперму многих видов рыб, при работе с рыбьими эмбрионами исследователи столкнулись с рядом сложностей.
Успешная криоконсервация предполагает заморозку эмбриона — введение его в криогенетически стабильное состояние — и последующую разморозку. Важно, что разморозка должна производиться быстрее, чем замораживание. Кроме того, необходимо использование специального антифриза, останавливающего рост кристаллов льда. Эти кристаллы, подобно иглам разрушают мембраны и приводят к тому, что зародыш буквально разваливается на части. Но рыбьи эмбрионы отличаются очень большим размером. Это затрудняет быструю заморозку. К тому же предотвратить формирование ледяных кристаллов в этом случае сложнее. И, наконец, поскольку водным животным приходится существовать в неблагоприятной среде, мембраны зародышей практически непроницаемы, что затрудняет их обработку антифризом.
Технологии, позволяющие использовать лазеры и наночастицы золота, сейчас активно развиваются — и именно они обеспечили успех нового исследования. Золотые нанотрубки, крошечные золотые цилиндры, превращают свет (например, от лазера) в тепло. Исследователи поместили антифриз и нанотрубки внутрь эмбрионов, что позволило ускорить процесс размораживания. Эмбрионы, подвергнутые такой обработке, развились, как минимум, до стадии суточного зародыша. У них сформировалось сердце, жабры и хвостовая мускулатура. Кроме того, зародыши двигались, демонстрируя свою жизнеспособность. Следующим шагом учёных станет тонкая настройка разработанного подхода — это необходимо, чтобы повысить долю выживших эмбрионов. Кроме того, исследователи планируют разработать систему автоматизации процессов, чтобы увеличить пропускную способность технологии.
Новый подход может быть использован и для криоконсервации эмбрионов других видов рыб, поскольку они сходны с эмбрионами данио. Также технологию можно будет несколько изменить с целью сохранения зародышей рептилий и птиц, а также для повышения эффективности заморозки эмбрионов млекопитающих, в том числе, гигантских панд и крупных кошек. И, наконец, этот подход может помочь рыбным хозяйствам работать эффективнее, снизив тем самым их влияние на дикую природу.
