Голые и ярко-розовые новорожденные мышата шебуршат вокруг мамы-мыши. Я смотрю на них со смесью умиления, интереса и сочувствия — ведь это генетически модифицированные лабораторные грызуны, которые, как надеются ученые, будут восприимчивы к COVID-19. Подробности рассказывает Нариман Баттулин, руководитель этого проекта, заведующий лабораторией генетики развития Института цитологии и генетики Сибирского отделения РАН.
— Насколько я понимаю, мыши по умолчанию невосприимчивы к ковиду. На ком тестируют вакцины и лекарства сейчас?
— Обычно используют животных, которых можно заразить СOVID-19: хорьков или обезьян; китайцы, например, ставили эксперименты на макаках. Но такие тесты дороги, и доступ к экзотическим животным есть далеко не у всех. Ну, а безопасность вакцины можно тестировать и на мышах, невосприимчивых к вирусу.
— Как вам удалось получить этих трансгенных мышей?
— Начали мы с того, что написали заявку на грант РФФИ (и ожидаем его получить — точно об этом станет известно в середине июля). И в рамках проекта обещали сделать три линии мышей. Те мышата, которых вы видели, получены самым простым способом из трех запланированных.
Коронавирус SARS-CoV-2 проникает в клетки человека через ангиотензинпревращающий фермент АСЕ-2 (мембранный белок, который является рецептором и точкой входа для целого ряда коронавирусов). У мышей и человека эти ферменты различаются, именно поэтому COVID-19 не может проникать в мышиные клетки. Мы взяли человеческий ген ACE-2 и встроили его в мышиный геном — технически сделать это несложно. Но мы предполагаем, что протекать заболевание у наших генно-модифицированных мышек будет по-другому. Дело в том, что фермент АСЕ-2 у человека работает не во всех клетках; именно поэтому во время болезни клетки легких повреждаются, а клетки кожи — нет. Мы ожидаем, что болезнь у мышей будет протекать сложнее. Но тестировать вакцину, если всё сработало, точно будет можно.
— А что из себя будут представлять две другие линии?
— Мы работаем над тем, чтобы ген работал не во всех клетках, а только там, где он должен работать.
Во втором случае ген ангиотензинпревращающего фермента — человеческий, а контролирует его экспрессию мышиный ген. Технически это реализовать сложнее: конструкции достаточно большие, и ввести их нужно в конкретное место мышиного генома. Но сейчас мы застряли на подготовительном этапе. Есть организации, которые синтезируют ДНК на заказ; во всём мире ученые просто заказывают синтез необходимых ДНК. Обычно на производство нужной ДНК уходит всего несколько дней. Но проблема в том, что сегодня из-за пандемии все эти организации заняты производством тестов. Так что пока ждем…
В третьем варианте мы бы хотели изменить конфигурацию мышиного фермента так, чтобы с ним смог связываться вирус COVID-19. То есть мы хотим заменить мышиные последовательности генов на человеческие только в тех местах, которые не дают вирусу связываться с белком. Казалось бы, это всего несколько аминокислот. Но это в пространстве на белке изменения находятся в одном месте, а в линейном гене — разбросаны по трем разным экзонам. Этот вариант хоть и самый сложный, но он сохраняет мышиный белок. А это значит, что с другими белками, протеазами, он будет взаимодействовать как «родной». Мы минимально вмешиваемся в регуляцию гена и в белок-белковые взаимодействия, которые есть в организме.
— То есть самые большие успехи на сегодняшний день по первому варианту?
— Да. 28 мышат. Когда они немного подрастут, их ждет генотипирование, — это позволит нам понять, насколько успешно встроились человеческие гены в мышиный геном. По опыту предыдущих аналогичных работ ожидаю 50% успеха.
— Что же ждет тех мышат, которые могут заразиться COVID-19?
— Они станут родоначальниками линии. Хорошо, что манипуляции с встраиванием гена нам приходится делать лишь один раз — при размножении эта мутация переходит потомкам. Так что мы получим от них потомство, а их самих отправим в центр «Вектор».
— Правильно ли я понимаю, что такие мыши уже выведены за рубежом? Если это так, зачем создавать новых?
— Тут надо сказать, что COVID-19 заходит через тот же белок, через который проникал в клетки SARS-CoV. Вспышка SARS-CoV была в 2003 году, а к 2007-му были созданы четыре модели мышей под вирус SARS-CoV. Но из-за схожих механизмов для COVID-19 они тоже работают. Одна из созданных тогда линий доступна сегодня в Jackson Laboratory (США). В начале пандемии эти мыши были в состоянии замороженных сперматозоидов, но, тем не менее, уже в начале марта у лаборатории заказали более трех тысяч животных. Мы в этой очереди ожидающих были бы далеко не первыми. Насколько мне известно, первых животных совсем недавно лаборатория уже начала рассылать. Подтвердилась восприимчивость к коронавирусу COVID-19 и у мышей, выведенных в Китае также после пандемии 2003 года.
Кроме сложностей с ожиданием есть и еще один нюанс. Покупка животных из-за рубежа всегда сопряжена с проблемами, а сегодня к существующим проблемам стоит добавить новые, связанные с пандемией.
Нам показалось, что проще всё сделать самим. В России таких мышей до этого года не было. Но в конце мая родилось первое поколение трансгенных мышат у группы в Институте биологии гена РАН [1]. И вот сейчас такие мыши появились и в нашей лаборатории.
— Когда вы сможете предоставлять животных для тестирования противовирусных лекарств и вакцин?
— Первые мышата родились 23 июня. Через 4–6 недель после появления на свет они смогут приносить потомство. Поэтому к началу сентября мы сможем передать первую партию для экспериментов. С мышами по второму и третьему вариантам делать предсказания сложнее: мы пока не можем оценить эффективность стратегии. Но предположительно (если нам удастся в ближайшее время получить синтезированную ДНК), мышата в рамках второго варианта появятся к концу августа. В третьем варианте, если нам удастся модифицировать все три участка одновременно («гусарским наскоком»), мы получим первых мышат с такой модификацией до осени. Если придется делать замены последовательно (пойти «путем улитки») — в феврале-марте следующего года.
— «Мы встроили человеческий ген в мышиный геном» — звучит очень просто. Но я подозреваю, что в реальности вам приходится сталкиваться с техническими сложностями.
— В целом процедура очень похожа на ту, что проводят в человеческих ЭКО-клиниках. Важное отличие только в том, что наши «пациенты» размером меньше ладони… Подробности всего процесса можно увидеть на YouTube-канале «Чуть-чуть о науке», вместе с которым мы решили снять сериал [2] про создание мышей, чувствительных к COVID-19.
— Как влияет на скорость вашей работы ситуация с коронавирусом в стране и в мире? Вы уже упоминали про сложности с получением заказа синтезированных ДНК…
— Это раз. Второе — это финансовые сложности. Результаты нужно получить как можно быстрее, желательно уже за ближайшие полгода, а деньги традиционно распределяют в конце года. (Даже на самые актуальные проекты и гранты деньги обычно просят за полгода — год.) Первые финансы на проект выделил институт, потом использовались деньги лаборатории, в будущем надеемся на грант РФФИ. Третье — над проектом работают люди, не защищенные от болезни и от контакта с заболевшими. Наш сотрудник, на котором в значительной мере держится «мышиная» часть, через третьих лиц контактировал с заболевшим коронавирусом. Из-за этого он ушел на самоизоляцию (из-за риска заразить всю лабораторию), и у нас чуть было не встал весь процесс. Однако опасения не подтвердились, и сейчас мы уже продолжаем работу.
Нариман Баттулин
Беседовала Юлия Черная