Симпатичный зверёк на фото — нилотская травяная мышь, она же нильская крыса, по-латыни — Arvicanthis niloticus. Недавно большая группа учёных из США, Китая, Великобритании, Германии и Дании представила в журнале BMC Biology высококачественную эталонную аннотированную сборку генома этого африканского грызуна. По мнению авторов работы, наличие в распоряжении учёных этих данных позволит им чаще и эффективнее использовать нилотскую травяную мышь в биомедицинских исследованиях в качестве модельного организма.
Исследование генома любого живого существа полезно, т.к. приближает нас к полному биологическому знанию. И опубликованная 8 ноября научная работа по изучению генома травяной мыши — как часть большого международного проекта «Геном позвоночных» — также является частью движения к этому полному знанию. Однако помимо фундаментального у этого исследования есть, как считают его авторы, и непосредственно практическое значение. Дело в том, что самые привычные на сегодня позвоночные модельные животные, домовая мышь (Mus musculus) и норвежская крыса (Rattus norvegicus), ведут преимущественно ночной образ жизни и в этом смысле не особенно ценны при моделировании циркадных ритмов человека. Это важно, т.к. последнее время появляется всё больше сведений о связи различных расстройств и патологий (например, ожирения и диабета второго типа) с нарушением циркадных ритмов.
Нилотская травяная мышь ведёт дневной образ жизни и активна в дневное время, как и люди, при этом отлично живёт и размножается в неволе. Таким образом, она значительно больше подходит для моделирования наших циркадных ритмов, чем обычные крысы и мыши. При питании нилотской мыши кормом, который обычно получают лабораторные крысы и мыши, у неё быстро развиваются ожирение, гипергликемия и гипертензия, что делает её, судя по всему, хорошей моделью для исследований диабета 2 типа. У неё также больше фоторецепторов в глазу, чем у ночных грызунов, а это значит, что и для изучения заболеваний сетчатки человека, включая диабетическую ретинопатию, она тоже больше подходит.
Ещё одно преимущество нилотской мыши в том, что на сегодня пока это беспородная модель, а это означает, что её генетика отражает разнообразие популяции. Многие штаммы лабораторных мышей подвергались инбридингу в течение множества поколений, создавая стабильные популяции, генетически почти идентичные. Это полезно для уменьшения экспериментальной изменчивости, но менее полезно при изучении сложных генетических факторов, способствующих заболеванию.
Собственно, время от времени травяную мышь уже использовали в научных исследованиях. Чего ей до сих пор не хватало, чтобы стать полноценным модельным организмом, так это, в первую очередь, как следует прочитанного генома.
«Нам нужны исследовательские инструменты, — говорит Юрий Бухман, биоинформатик из Исследовательского института в Моргридже (Morgridge Institute for Research) и старший автор проекта, — которые позволят нам делать с нильской крысой то же самое, что мы привыкли делать с лабораторной мышью. Наличие эталонного генома — шаг к этой цели».
Технология получения полной и высокоточной геномной последовательности относительно нова. Как правило, для секвенирования большого генома последовательность ДНК должна быть разделена на более короткие отрезки, от 100 до 300 нуклеотидов, а затем повторно собрана в более длинные смежные (вернее даже — перекрывающиеся) последовательности — контиги. К сожалению, такой подход, часто оставляет много пробелов.
«Важный показатель качества генома — средняя длина контига. По сути, чем она больше, тем меньше у вас пробелов, — объясняет Юрий Бухман. — Наши контиги — одни из самых длинных».
Исследовательская группа применила технологию секвенирования с длительным считыванием для сбора более длинных — от 10 000 до 20 000 нуклеотидов. Затем они объединили контиги в скаффолды, длина которых равна длине хромосомы. Наконец, они смогли полностью расшифровать две копии генома.
Получив в итоге высококачественную геномную последовательность травяной мыши, авторы произвели в ней поиск генов, которые могли бы быть кандидатами для будущих исследований. В частности, они использовали разработанное в Моргридже приложение для поиска по PubMed с целью получения из опубликованных там работ списка генов, связываемых с диабетом 2 типа. И часть из этих нашлась и в геноме Arvicanthis niloticus. Правда, в том, что эти гены и в самом деле связаны с диабетом, пока уверенности нет.
«На данный момент у нас нет „неопровержимого доказательства“, — объясняет Бухман. — Вы всегда можете получить список генов. Но тогда откуда вам знать, что они в самом деле важны при диабете? Это потребует многих лет экспериментальной работы».