XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

Введение

X. laevis как модельный объект используют благодаря множеству преимуществ. Первое, простота их содержания; лягушка достаточно неприхотлива и может выдержать долгое голодание и многие болезни. Благодаря относительно большим размерам яйцеклетки и эмбриона, быстрым их развитием, а также простоте манипуляции с ними – ксенопус стал важным объектом эмбриологии и биологии развития. X. laevis имеет относительно большой размер; обладает высокой плодовитостью. С экономической точки зрения эти лягушки очень выгодны, ведь одна самка может отложить до 10 тысяч яиц за раз. Их жизненные процессы протекают относительно медленно и продолжаются некоторое время после вскрытия и извлечения органов. Все это делает X. laevis ценным модельным объектом для изучения некоторых процессов, происходящих в организме, а также основ развития заболеваний человека [1].

Основная часть

Гладкая шпорцевая лягушка — вид южноафриканской водной лягушки рода шпорцевые лягушки. Шпорцевыми их прозвали характерных коготков на задних лапах. Зрение у этих лягушек слабое, но хорошо развито обоняние. Так как они ведут преимущественно водный образ жизни, у них появилась боковая линия на теле.  Амфибия ведет хищнический образ жизни. Длина ее тела до 12 см, плоскую голову и тело. X. laevis имеет тетраплоидный геном. Живут от 5 до 15 лет.

Ооциты представлены крупными клетками>1 мм в диаметре. Они имеют огромное ядро, которое в 100 000 раз больше ядра соматической клетки. Ооциты очень быстро, а главное синхронно развиваются, после чего их рост останавливается в первой мейотической профазе. Для дальнейшего созревания необходима активация прогестероном. Затем процесс снова останавливается на стадии метафазы второго этапа мейоза, в этот момент клетка готова к оплодотворению.

Весь процесс от оплодотворения яйца до полного превращения во взрослую особь занимает 2,5-3 месяца.

Шпорцевые лягушки достаточно неприхотливы в уходе. Обычно особей содержат в аквариумах, полностью залитых водой. Оптимальной температурой воды для содержания лягушек является– 20-25°С. Кормят особей мелкой водной фауной [2].

Использование взрослой особи X. laevis: первые исследования были проведены Хогбеном в 1920 году. Он установил, что эндокринная система X. laevis, а именно регуляция репродуктивного цикла схожа с человеческой. В 1940 году на практике группа ученных доказали это: они ввели хорионический гонадотропин под кожу самки амфибии, после чего лягушка начала метать икру в большом количестве [4].

Бесклеточные экстракты из яиц используются в качестве уникальной системы для изучения компонентов клеточного цикла, включая контрольную точку ДНК, функцию онкогенов и белки-супрессоры опухолей. Эксперименты с клеточной смесью показали, что их цитоплазма способна самоорганизовываться в клеточные структуры, но при этом мембрана не образуется. Если в эту смесь внести ядра и центросомы сперматозоидов, то эти «клетки» начинают делиться [7].

Яйцеклетки: Если микротрансплантировать в яйцеклетку лягушки ионные каналы и мембранные рецепторы посмертного мозга человека с болезнью Альцгеймера, то можно изучить активность каналов, связанных с этим заболеванием. Проводят это по данной схеме: изымают мРНКизучаемого канала из соматической клетки; мРНК вводят внутрь яйцеклетки X. laevis, и с нее начинает «считываться» и синтезироваться белок; он встраивается в мембрану яйцеклетки и начинает воспроизводить те же процессы, что и в изначальной клетке. А благодаря своим размерам на яйцеклетке можно легко изучать работу канала. Например, с помощью специальных микроэлектродов замерить проходящий через него ток [5].

Эксперименты по клонированию: в 1962 году британский ученый Д. Гердон с помощью УФ излучения разрушил ядро у оплодотворенной яйцеклетки лягушки. Затем в эту клетку пересаживал ядро, изъятое из клетки эпителия кишечника лягушки. Зигота начала дробиться, но лишь малая доля икринок дожила до стадии головастика. Однако, эксперимент Гердона показал возможность получения серийных клонов амфибий [3].

Эмбрионы и головастиков Xenopus используют для моделирования большого спектра заболеваний человека. Эмбрионы шпорцевой лягушки удобны в исследованиях тем, что они имеют прозрачную кожу, благодаря которой возможно изучать развитие органов и различные их заболевания невооруженным глазом. Например, заболевания сердца, развитие нервной системы и т.д. Также с эмбрионами можно проводить как малые, так и обширные хирургические манипуляции.

В своих экспериментах Белл, в 2011 году, моделировал с помощью эмбрионов развитие судорог, обрабатывая эмбрионы средством, вызывающим судороги, чтобы обнаружить новую нейропротекторную роль полиаминов в развивающемся мозге.

Эмбрионы Xenopus используются также в моделировании микрофтальмии, пигментного ретинита, экссудативной витреоретинопати, а также для изучения фундаментальных аспектов раннего развития глаз.

Изучение рака. Ученые Хаунес и Гилмор использовали эмбрионы шпорцевой лягушки для изучения микроокружения опухоли через трансплантацию лимфоидных опухолевых клеток тимуса под дорсальную кожу головастика. Эта модель позволяет в режиме реального времени визуализировать микроокружение опухоли, включая иммунный ответ, перестройки тканей и миграцию клеток [2].

Современные исследования: Ксеноботы.

Американские ученые в 2020 году смогли получить ксеноботов из стволовых клеток эмбрионов шпорцевой лягушки. Ксеноботы – это синтетические организмы, которые создаются при помощи компьютера для выполнения заранее поставленных задач. Стволовые клетки эмбрионов лягушки изъяли и позволили им делиться, спустя время они превратились в клетки кожи с ресничками. Они самостоятельно передвигались по субстрату. Ученые заметили, что клетки способны к совместной работе и самовосстановлению. Эксперимент ученые дополнили тем, что ввели РНК в клетки, что заставило их производить флуоресцентный белок. Это явилось доказательством того, что ксеноботы обладают молекулярной памятью.

Данный опыт может в будущем быть применен для понимания процессов, которые позволяют отдельным клеткам объединяться и работать вместе. Также могут применяться в терапии. Также они могут обрабатывать различные химические вещества, что может быть использлвано в экологической инженерии [6].

Список литературы:

Шпорцевая лягушка – амфибия с коготками // tetra URL: https://blog.tetra.net/ru/ru/shporcevaya-lyagushka-amfibiya-s-kogotkami

Xenopus: недооцененный модельный организм для изучения и моделирования генетических заболеваний человека // Karger URL: https://www.karger.com/Article/FullText/490898

Из истории исследований по клонированию животных // vuzlit.com URL:https://vuzlit.com/2201926/istorii_issledovaniy_klonirovaniyu_zhivotnyh

Модельные организмы: ксенопус // биомолекула URL:https://biomolecula.ru/articles/modelnye-organizmy-ksenopus#source-4

Цитоплазма яйца лягушки самопроизвольно подразделяется на отсеки, напоминающие клетки // Элементы URL: https://elementy.ru/novosti_nauki/433561/Tsitoplazma_yaytsa_lyagushki_samoproizvolno_podrazdelyaetsya_na_otseki_napominayushchie_kletki

Ученые создали «живых» нанороботов из клеток африканской лягушки // Hi - News.ru URL: https://hi-news.ru/science/uchenye-sozdali-zhivyx-nanorobotov-iz-kletok-afrikanskoj-lyagushki.html

Использование бесклеточных экстрактов Xenopus для исследования цитоплазматических событий // Cold Spring Harbor Laboratory Press URL: http://cshprotocols.cshlp.org/content/2019/6/pdb.top097048.full