Использование микробиома диких мышей в доклинических исследованиях

В последние годы на некоторых лошадиных фермах в Мэриленде начал применяться уникальный метод борьбы с вредителями без применения отравы или ловушек. Вместо этого к ним приходит местный ученый и самостоятельно вылавливает всех мышей. «Я на самом деле кто-то вроде еще одного очень большого кота, рыскающего по округе», — говорит иммунолог Стефан Россхарт, ранее работавший в национальном институте здоровья в Бетесде, штат Мэриленд.

На самом деле эта охота на мышей была частью длительного процесса поиска решения важной проблемы иммунологических исследований: у лабораторных мышей, выращенных в стерильных неестественных условиях лабораторий, отсутствует набор бактерий, вирусов и других патогенов, характерный для людей. Именно поэтому они являются плохой моделью для изучения человеческих инфекционных болезней и других патологий.

Россхарт начал собирать диких мышей в 2014 году. Его задачей было не просто применить их в качестве животных моделей (несмотря на то, что некоторые исследователи предлагали поступить именно так), — Россхарт хотел использовать их в качестве суррогатных родителей для лабораторных мышей, чтобы их потомки обладали более естественным микробным профилем.

Он обратил внимание на фермы по разведению лошадей, ведь там можно найти диких мышей, которые не контактировали ни с какими пестицидами или антибиотиками. Россхарт расставил ловушки с кремовым арахисовым маслом, так как, по его словам, «им не очень нравится хрустящее», и проверял их дважды в день, чтобы животные находились там не слишком долго и не страдали от стресса. «Это было трудно, потому что мне приходилось вставать в 4 утра и иногда еще проверять ловушки в полночь, но я привык», — говорит Стефан.

За все время Россхарт поймал более 200 диких мышей с ферм. После он относил их в лабораторию и подсаживал им эмбрионы лабораторных мышей. Когда эти эмбрионы рождались у таких суррогатных родителей, видовой состав и частота встречаемости микроорганизмов кожи, кишечника и гениталий совпадали с таковыми у диких мышей, что тем самым делало лабораторных мышей «дикими» по микрофлоре. Стефан и его коллеги опубликовали результаты своего исследования в журнале Science.

Чтобы понять, насколько такие модели могут помочь в исследовании человеческого иммунного ответа, ученые проверили два метода лечения, которые выглядели многообещающими при применении на лабораторных мышах, но провалились на этапе клинических исследований. При первом методе введение антител позволяло достичь необходимого противовоспалительного эффекта у мышей, но у людей это чуть было не привело к смерти добровольцев в 2006 году. Россхарт проверил этот метод: как он и предполагал, лабораторные мыши выжили, тогда как «одичалые» погибли от сепсиса.

Другой метод лечения, который потенциально мог бы использоваться для борьбы с сепсисом, увеличивал выживаемость у мышей с сепсисом, но для людей обладал противоположным эффектом. Россхарт проверил его на «одичалых» с сепсисоподобным состоянием — они погибали с большей частотой по сравнению с контролем, подобно тому, как это происходило и на этапе клинических исследований. Результаты этих экспериментов позволяют предположить, что мыши с «диким» микробиомом могут служить более точной моделью человеческого иммунного ответа на этапе доклинических исследований.

Россхарт и его коллеги также хотели узнать, как долго «одичалые» мыши могут сохранять свою «дикую» микрофлору в лабораторных условиях. Исследователи вводили мышам антибиотики и изменяли их диету, что привело к выраженному изменению количества и соотношения бактерий в их организме, причем этот эффект был более выражен по сравнению с лабораторными мышами, но постепенно микрофлора становилась прежней. Интересно, что «одичалые» мыши сохраняют свой «дикий» микробиом в течение нескольких поколений и даже иногда передают его соседям по клетке, которые до этого были обычными лабораторными мышами (предполагается, что это связано с типичным поведением мышей, которые поедают помет друг друга).

Интеграция «одичалых» в лабораторные условия, по словам Россхарта, является относительно простой задачей. «Исследователи, которые хотят использовать таких мышей в эксперименте, могут создавать колонии мышей и обновлять их микробиоту путем совместного содержания «одичалых» мышей и диких», — говорит Стефан. Каждые несколько поколений исследователи могут создавать еще больше «одичалых», снова имплантируя эмбрионы лабораторных мышей диким особям.

Иммунолог Дэвид Мазопуст из Университета Миннесоты, штат Миннеаполис, назвал исследование Россхарта очень хорошо продуманным. Но он считает, что требуется больше исследований, которые позволят определить наилучший способ создания «грязных» мышей. К примеру, одним из способов, предложенных им, является помещение лабораторных мышей в одну клетку с мышами из зоомагазина, что в теории должно помочь получить у животных иммунный ответ, более похожий на человеческий. «Но на самом деле я не знаю, насколько такой… путь лучше, чем другие методы», — добавил Мазопуст.