XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Миноги относятся к суперклассу Cyclostomata и представляют собой самую древнюю группу позвоночных животных. Существующие уже более 360 миллионов лет, они известны как живые ископаемые из-за их многочисленных эволюционно сохранившихся особенностей.

Миноги живут в реках и океанах, и большинство из них являются мигрирующими паразитами. Они повторяют цикл размножения и смерти, как и другие анадромные рыбы. Личинки (ammocoetes) проводят первые 7-9 лет своей жизни в пресноводных потоках, после чего они претерпевают метаморфозы: формируется ротовая присоска, возникает перегородка в глотке, отделяющая дыхательную трубку от пищевода, эндостиль превращается в щитовидную железу, полностью развиваются глаза. После метаморфоза морские миноги скатываются в море, а пресноводные продолжают жизнь в озёрах и реках уже в качестве хищников.

Миноги являются ключевым видом для изучения происхождения и эволюции, эмбрионального развития и дифференцировки органов позвоночных. Исследования по сравнительной анатомии и эмбриологии показывают, что все хордовые имеют три основных общих признака на определенном этапе их онтогенеза или всей жизни: дорсальную трубку, нотохорд и глоточные жаберные щели. Это явление указывает на то, что все хордовые произошли от общего предка.

Благодаря научно-техническому прогрессу ученые провели глубокие исследования нервной, эндокринной и иммунной систем миног.

Нервная система, нервные синапсы и синаптические нейромедиаторы миног представляют собой наиболее примитивное состояние у позвоночных. Количество нервов миноги относительно невелико, что делает их изучение относительно легким. Онтогенез мозга миноги повторяет филогенез мозга позвоночных. Структура мозга миноги отражает сложные структурные изменения мозга высших позвоночных. Таким образом, минога являются одной из наиболее ценных животных моделей для изучения мозга позвоночных.

Эндокринная система миноги проще, чем у человека, а эндокринные органы примитивны.

Миноги не имеют тимуса, лимфатических узлов, селезенки или миндалин, а также не развивают каких-либо специфических иммунных органов и тканей. Однако они должны обладать мощной иммунной системой, чтобы противостоять различным заражениям на протяжении сотен миллионов лет. Недавние исследования миноги обнаружили ткань по всему их туловищу и хвосту выше нервной трубки. Эта ткань была названа "иммунным телом" из-за его потенциальной иммунной функции. Вполне возможно, что именно этот иммунный орган позволил миногам существовать до настоящего времени, несмотря на влияния окружающей среды и различных инфекции в ходе эволюции.

Например, глубокое изучение иммунной системы миноги необходимо для борьбы с серьезными заболеваниями человека, такими как рак, СПИД и аутоиммунные заболевания.

С точки зрения генетической информации, геном миноги остается примитивным по сравнению с другими высшими позвоночными. Исследования генома могут обнаружить важные гены, связанные с болезнями человека. Кроме того, патогенез заболеваний человека может быть раскрыт путем установления генетических моделей заболеваний человека, которые могли бы послужить теоретической основой для углубленного изучения патогенеза и лечения заболеваний и разработки новых лекарственных средств.

Половое созревание у миног протекает медленно, что является еще одной причиной использования миног в качестве модельного организма. Использование мануальных методов ускорения процесса созревания миноги, помогает в поиске способов лечения заболеваний человека, вызванных гормональными нарушениями [1].

Кроме того, миноги являются объектом для изучения регенеративных способностей.

Процесс регенерации у позвоночных изучен слабо. А понимание того, могут ли ткани регенерировать после повреждений, важно для выяснения основных механизмов пластичности тканей. Это особенно сложно в тканях нервной системы, которая обладает большим количеством терминально дифференцированных клеток и проявляет ограниченную регенерацию. Миноги, в отличие от млекопитающих, демонстрирующих ограниченную регенерацию тканей спинного мозга, функционально восстанавливаются даже после полного пересечения спинного мозга, что сопровождается репарацией тканей в месте поражения, а также регенерацией аксонов и синапсов [2]. Данная способность позволила использовать миног в качестве моделей для изучения влияния серотонина на регенерацию аксонов. Классические нейротрансмиттеры в основном известны своей ролью в качестве нейромодуляторов, но они также играют важную роль в контроле процессов развития и регенерации. Фармакологические и генетические манипуляции после полного повреждения спинного мозга показали, что эндогенный серотонин ингибирует аксональную регенерацию в идентифицируемых нисходящих нейронах за счет активации рецепторов серотонина 1A и последующего снижения уровня циклического аденозинмонофосфата (цАМФ). Секвенирование РНК показало, что изменения в экспрессии генов, контролирующих аксональное наведение, могут быть ключевым фактором, определяющим эффекты серотонина во время регенерации. Это исследование открывает новые интересные цели для исследования моделей, не способных регенерировать травматические повреждения центральной нервной системы у млекопитающих и расширяет известные роли серотонина, участвующего в регенерации [3].

Миноги используются также в качестве модели биохимических исследований, в частности, для разработки различных способов получения новых белков. С помощью миног был проведен анализ и сравнение протеомного состава секрета щечной железы голодающих и питающихся миног для идентификации ценных белков, присутствующих в щечной железе

Когда миноги атакуют пищу, их щечные железы выделяют большое количество белков для предотвращения свертывания крови, для прохождения окислительных процессов, иммунного ответа, а также для борьбы с другими неблагоприятных факторами.

В исследовании часть миног не кормили, а другую часть кормили в течение 10 и 60 мин. По данным базы данных Ensemble lamprey, количество белковых видов в щечных железах миног, которых кормили в течение 0, 10 и 60 мин, составило соответственно 25, 21 и 306 белков.

Согласно анализу, идентифицированные белки в этих трех группах были классифицированы на основе своих характеристик: биохимический процесс, молекулярную функцию и состав клетки. Новые белки появились, когда миног кормили в течение 60 мин. Из анализа среди трех групп были выбраны и обобщены белки, которые могли бы играть важную роль для питания миног. Эти белки были в основном классифицированы на 9 групп:

первая группа связана с синтезом белка, модификацией и деградацией;

вторая группа включает белки для регулирования кровотока, кровяного давления и сократимости сосудов;

третья и четвертая группы состоят из антикоагулянтов и иммунных регуляторов соответственно; пятая и шестая группы содержат белки, которые могут играть важную роль в ноцицепции и антиоксидантной защите;

седьмая и восьмая группы связаны с антиангиогенезом и гемолизом;

последняя группа содержит белки, участвующие в гликолизе и трансдукции сигнала.

Вышеприведенные результаты показали, что секреция щечной железы у питающихся миног (60 мин) содержит различные белки, которые могут помочь миногам противодействовать неблагоприятным факторам, возникающим во время питания.

Таким образом с помощью миног должны разрабатывать различные стратегии для получения новых белков, связанных с антикоагуляцией, обезболиванием, иммунным ответом, антиоксидантной защитой, антиангиогенезом, гемолизом и цитотоксичностью[4].

Такие исследования имеют важное значение для понимания и выявления происхождения и эволюции позвоночных животных и могут способствовать более глубокому пониманию болезней и методов лечения человека.

Список использованной литературы:

1. Yang XU, Si-Wei ZHU,and Qin-Weil LI. Lamprey: a model for vertebrate evolutionary research// Dongwuxue Yanjiu. 2016 Sep 18; 37(5): 263–269.

2.Henry H. Roehl, Editor. Regenerative capacity in the lamprey spinal cord is not altered after a repeated transection// PLoS One. 2019; 14(1): e0204193.

3.Daniel Sobrido-Cameán, Diego Robledo, Laura Sánchez, María Celina Rodicio, Anton Barrero-Iglesias.Serotonin inhibits axonal regeneration of identifiable descending neurons after a complete spinal cord injury in lampreys//Dis Model Mech. 2019 Feb 1; 12(2): dmm037085.

4.Bowen Li, Meng Gou, Jianmei Han, Xiaofei Yuan, Yingying Li, Tiesong Li, Qi Jiang, Rong Xiao,Qingwei Li. Proteomic analysis of buccal gland secretion from fasting and feeding lampreys (Lampetra morii)// Proteome Sci. 2018; 16: 9.

Код для цитирования: Скопировать