Rybka danio ma depresję i inne ludzkie choroby, dlatego na niej testują leki

Niepozorna rybka - danio pręgowany – zastępuje szczury, myszy i muszki w eksperymentach. Badania na rybce pomagają naukowcom zrozumieć m.in. mechanizmy ludzkich chorób nowotworowych, psychicznych, a nawet neurodegeneracyjnych. Danio przyczynił się już do wynalezienia związków chemicznych, które są testowane w badaniach klinicznych na chorych, np. na białaczkę, czerniaka czy epilepsję.

W Międzynarodowym Instytucie Biologii Molekularnej i Komórkowej w Warszawie w 470 zbiornikach hodowanych jest 6 tysięcy tych rybek z 46 różnych linii gatunkowych danio pręgowanego. Dzięki badaniom prowadzonym na tych rybach, naukowcy ustalają różnego rodzaju terapie, służące leczeniu ludzi. Warszawski Instytut bierze udział w międzynarodowym projekcie FishMed razem z zespołami naukowców z ośmiu krajów  m.in. Austrii czy Genewy. Supernowoczesna pracownia hodowli danio pręgowanego powstała za 16 mln zł z grantu europejskiego. W niej prócz pomieszczeń z akwariami, znajdują się także laboratoria wyposażone pod kątem pracy z rybami.

W Międzynarodowym Instytucie Biologii Molekularnej i Komórkowej w Warszawie właśnie odbywa się międzynarodowa konferencja naukowa „2nd International FishMed Conference on Zebrafish Research”, na której naukowcy z wieku krajów dzielą się doświadczeniem związanym z badaniami z wykorzystaniem danio pręgowanego.

Dlaczego do badań wybrano rybkę danio?

Danio pręgowany (Danio rerio) jest rybą z rodziny karpiowatych, zamieszkującej wolno płynące lub stojące wody Indii, Pakistanu, Nepalu, Bangladeszu i Birmy. Dorosłe osobniki osiągają do 5 cm długości i żyją średnio 5 lat. Gatunek ten został opisany już w 1822 r. przez Hamiltona, lecz dopiero w latach siedemdziesiątych XX wieku prof. George Streisinger z Eugene, w USA, wpadł na pomysł wykorzystania tej ryby jako modelu badawczego przy pracach laboratoryjnych.

- Wybrano danio pręgowanego, bo genetycznie jest bardzo bliski człowiekowi. Ok. 80 proc. ludzkich genów ma swoje odpowiedniki w genomie rybim – mówi prof. prof. Jacek Kuźnicki, dyrektor MIBMiK.

Zwłaszcza zarodek ludzki i rybi są do siebie podobne. Zarodek danio ma ogromną zaletę - rozwija się na zewnątrz matki i jest przezroczysty. Dzięki temu naukowcy mogą obserwować narządy wewnątrz ciała żywej ryby. Widzą jak przebiega jakaś choroba i porównują jej przebieg z chorobą u ludzi. Nie trwa to zbyt długo, bo narządy u rybki rozwijają się 20 razy szybciej niż u człowieka. 

Ryba, w której regeneruje się rdzeń kręgowy

Dyrektor MIBMiK prof. Jacek Kuźnicki dodaje, że na embrionach ryby można szybko zrobić wiele testów przesiewowych i stwierdzić, który związek chemiczny ma potencjał jako lek. Kuźnicki podaje, że rybom można np. wszczepiać ludzkie komórki rakowe, znakować je innym kolorem i oglądać rozwój raka na poziomie komórkowym albo np. badać interakcje tych komórek z komórkami immunologicznymi i komórkami, tworzącymi żyły.

- Jeśli zaszczepimy rybę wybarwionymi, ludzkimi komórkami nowotworowymi prostaty, to jeśli ten nowotwór ma duże zdolności do przenoszenia się na inne komórki w organizmie, czyli powoduje przerzuty, to obserwujemy jak one się przenoszą – opowiada prof. Kuźnicki. - Szukamy też związków chemicznych, które mogą to powstrzymać.

Prof. Kuźnicki podkreśla, że dla nich spektakularnym odkryciem jest to, że w tej rybie można całkowicie przerwać rdzeń kręgowy i obserwować jego regenerację. To może pomóc zmienić podejście do uszkodzenia i regeneracji rdzenia kręgowego u człowieka.  

Dzięki rybce odkryli przyczynę rodzinnej postaci Parkinsona

Prof. Kuźnicki przy wykorzystaniu ryb danio prowadzi badania dotyczące chorób neurodegeneracyjnych. Jego zespół bada mechanizmy postaci choroby Parkinsona, która jest dziedziczna.

- Mamy model choroby Parkinsona u ryb, która jest odpowiednikiem ludzkiej, rodzinnej postaci Parkinsona, która jest związana z mutacją w jednym białku  – opowiada prof. Kuźnicki. -  Potwierdziliśmy, że można utratę neuronów dopaminergicznych, która jest przyczyną rozwoju tej choroby, powstrzymać dzięki temu, że w mitochondriach zahamujemy ekspresję białka odpowiedzialnego za transport wapnia do mitochondriów. To białko, którym wapń wpływa do mitochondriów. Z naszych badań na rybach wynika, że właśnie nadmiar wapnia w mitochondriach  powoduje tę chorobę. Teraz przed nami kolejny etap, czyli szukanie związków chemicznych, które będą hamowały te procesy.     

Rybka „wpada w depresję”

Prof. Kuźnicki dodaje, że jest sporo badań dotyczących chorób psychicznych prowadzonych na modelach rybich. – Ta ryba dość łatwo wpada w depresję – opowiada prof. Kuźnicki.  – Jeśli weźmie się dwóch rybich samców, i jeden dominuje nad drugim, to ten drugi szybko siada na dnie i się nie rusza, ma objawy depresyjne. Można zobaczyć jakie substancje się wtedy wydzielają i jakie geny, w których komórkach są odpowiedzialne za to, że jeden walczy, a drugi się poddaje. Takie badania prowadzi się w Stanach Zjednoczonych.

Kwestie etyczne

Zasady etycznego wykorzystywania zwierząt w badaniach nakazują wymianę, redukcję i ulepszenie warunków życia zwierząt eksperymentalnych. W związku z tym, danio pręgowany może być użyty jako organizm modelowy zamiast tzw. wyższych kręgowców (np. myszy, szczurów) będąc organizmem niższym z punktu widzenia ewolucji.

Większość eksperymentów na rybach przeprowadza się na zarodkach lub larwach, kiedy ich system nerwowy nie jest jeszcze w pełni rozwinięty, a zwierzę nie zostało jeszcze sklasyfikowane jako chronione. Takie podejście pozwala zmniejszyć liczbę zwierząt niezbędnych do przeprowadzenia eksperymentu. Ponadto, możliwość dodawania substancji testowych bezpośrednio do wody, w której są trzymane ryby, eliminuje konieczność dokonywania zastrzyków i upraszcza procedury.