Африканская рыбка киллифиш как модель для изучения старения человека
Во время пандемии COVID-19 исследователи из Института нейронаук Ву Цая при Стэнфорде создали автоматизированную систему для изучения старения на примере короткоживущей африканской бирюзовой киллифиш (Nothobranchius furzeri). Цель коллаборации лабораторий Энн Брюне и Тони Висс-Корая — раскрыть принципы здорового старения человека.
Почему киллифиш?
Киллифиш — уникальная модель для изучения старения позвоночных, так как её жизненный цикл составляет всего 4–6 месяцев. За это время у рыбок развиваются многие возрастные патологии, аналогичные человеческим (нейродегенерация, снижение когнитивных функций и др.). Это позволяет в сжатые сроки проводить эксперименты, которые на млекопитающих заняли бы десятилетия.
Исследователи также разработали для этой модели генетические инструменты, включая секвенирование генома и CRISPR-редактирование, что делает её ещё более перспективной.
Автоматизированная система мониторинга
Чтобы одновременно отслеживать сотни рыб на протяжении всей жизни, команда создала комплексную систему, включающую:
- Автоматические кормушки с вращающимся диском, датчиком света (LED + фоторезистор) и системой логирования. Это позволяет точно контролировать что, когда и сколько едят рыбы.
- Систему видеонаблюдения для отслеживания поведения, роста и возрастных изменений.
Система была собрана в совместной лаборатории Sandbox Lab Института Ву Цая и превосходит коммерческие аналоги, позволяя программировать любые режимы кормления.
Первые результаты и направления исследований
В исследовании, опубликованном 19 декабря 2022 года в eLife, с помощью этой системы было показано влияние диеты на продолжительность жизни:
- Ограничение рациона увеличивало lifespan у самцов киллифиш.
- На lifespan самок ограничение пищи не влияло.
Кроме диеты, система используется для:
- Оценки когнитивного старения: рыбок обучают ассоциировать красный свет LED с появлением пищи, а затем отслеживают, как эта способность к обучению меняется с возрастом.
- Создания атласа транскриптома (RNA sequencing atlas) различных органов киллифиш на разных этапах жизни. Это поможет понять, как старение протекает и взаимосвязано в разных тканях одного организма.
Будущие цели
Исследователи используют платформу для решения фундаментальных вопросов биологии старения:
- Влияние спаривания на lifespan позвоночных (ранее такой эффект был показан на беспозвоночных, например, дрозофилах).
- Возрастные изменения иммунной системы и причины повышенной восприимчивости к воспалениям и аутоиммунным расстройствам у стареющих организмов.
Эта работа закладывает основу для поиска вмешательств, способных продлить период здоровой жизни (healthspan) и замедлить когнитивный спад.