Возраст собак перевели в человеческие годы с помощью метилирования ДНК
Ученые разработали новый способ переводить возраст собак в человеческий: для этого от возраста собаки придется взять натуральный логарифм, умножить на 16 и добавить 31. Такая сложная зависимость получилась в результате сравнения часов метилирования у собак и людей. Также из нее следует, что собаки быстрее стареют в первые годы своей жизни и медленнее — после четырех лет. Исследование предварительно опубликовано на агрегаторе биологических препринтов bioRxiv.
Биологический возраст организма — это не физический показатель, а статистический, то есть относительное здоровье или близость к смерти каждой отдельно взятой особи по сравнению со всей популяцией. Один из самых точных способов его подсчитать — «часы метилирования»: набор участков ДНК, на которых с течением времени появляются или исчезают метильные метки (эпигенетические маркеры).
Первые такие часы придумал американец Стив Хорват в 2013 году — список из 353 областей ДНК. С тех пор появилось несколько вариантов эпигенетических часов, каждый из которых позволяет предсказать развитие лишь определенного списка возрастных болезней. Но еще сложнее оказалось выровнять часы метилирования для человека и животных, которых нередко используют как модели для изучения заболеваний или тестирования лекарств.
Тина Ванг (Tina Wang) из Калифорнийского университета и ее коллеги разработали способ перевести биологический возраст собак в человеческий. Для этого они собрали образцы ДНК у 104 лабрадоров-ретриверов от 0 до 16 лет. Для сравнения исследователи использовали образцы ДНК 320 людей от 0 до 103 лет, которые они собрали в ходе разработки человеческих часов метилирования.
Ученые сопоставили участки ДНК, на которых метилирование изменяется с возрастом, у собак и людей, и обнаружили — как и следовало, впрочем, ожидать — что пожилые собаки по степени метилирования напоминают пожилых людей, а молодые — молодых. Судя по всему, у обоих видов есть некоторый консервативный набор областей ДНК, которые метилируются и деметилируются с течением времени.
Затем исследователи построили график соответствия возраста собак возрасту людей. И выяснили, что эта зависимость непрерывная, но нелинейная. В начале жизни собаки очень быстро «стареют» по человеческим меркам, а вот дальше биологический возраст прибывает медленнее. Формула для перевода получилась такой: человеческий возраст = 16 ln(возраст собаки) + 31, где ln — натуральный логарифм.
С помощью этого графика ученые убедились в том, что ключевые точки в жизни обоих организмов совпадают. Например, зубы начинают прорезываться в семь недель (0,13 года) у собак и в 9 месяцев (0,75 года) у людей. А средняя продолжительность жизни составляет примерно 12 лет у лабрадоров и около 70 лет — у людей.
Ученые собрали собачьи «часы метилирования» из 439 участков ДНК. И чтобы убедиться в том, что эти области действительно имеют значение для жизни разных млекопитающих, они проверили эти часы на мышах. Исследователи воспользовались данными из предыдущих работ, в которых эпигенетический статус мышей (то есть наличие и отсутствие метильных меток на ДНК) замеряли в разном возрасте и в зависимости от разных воздействий — например, ограничения калорий, которое продлевает мышам жизнь. И даже по собачьим меркам получилось, что мыши на ограничительной диете старели медленнее.
У этой работы есть немаловажное практическое применение. Поскольку мыши совсем непохожи на людей ни по физиологии, ни по продолжительности жизни, лекарства для борьбы со старением постепенно начинают испытывать на собаках. Так, например, в рамках проекта Dog Aging Project ученые проверяют на них рапамицин — одно из возможных средств продления жизни. Пока что его действие отслеживали только по развитию характерных возрастных болезней, например, гипертрофии сердца. А часы метилирования могут позволить отследить движение подопытных животных по кривой старения и спроецировать эти результаты на людей.
Часы Хорвата разрабатывались под взрослых людей, но недавно ученые составили «детские» часы метилирования — и с их помощью определили, что дети с расстройствами аутистического спектра часто спешат в развитии. Кроме того, этой осенью впервые появились данные о том, что эпигенетический возраст человека удалось обратить вспять.
Полина Лосева
Исследователи определили пол и индивидуальную принадлежность особей, оставивших следы
Американские зоологи нашли способ изучать белых медведей, не беспокоя их. Исследователи продемонстрировали, что из снега, собранного из следов этих хищников, можно извлечь достаточно генетического материала, чтобы определить пол и индивидуальную принадлежность особи, которая их оставила. Этот подход позволит исследовать перемещения и поведение белых медведей без лишнего стресса для них и без серьезных затрат. Результаты исследования опубликованы в статье для журнала Frontiers in Conservation Science. Изучение белых медведей (Ursus maritimus) — непростая задача, ведь они живут в труднодоступных частях Арктики и значительную часть жизни проводят на морском льду. Для сбора информации об этих хищниках зоологи, как правило, с вертолета стреляют дротиком со снотворным, после чего проводят с уснувшими животными все необходимые процедуры: измеряют их, взвешивают, собирают генетический материал и снабжают GPS-передатчиками для отслеживания перемещений. Однако эту стандартную практику в последнее время критикуют за то, что она подвергает медведей сильному стрессу и теоретически может быть опасной для их здоровья. Кроме того, из-за антропогенных изменений климата толщина морского льда в Арктике сокращается, так что найти подходящее место для посадки вертолета и работы целой команды ученых становится все труднее. Существует несколько альтернативных подходов к исследованию белых медведей, но ни один из них не идеален. Например, биопсия, которую проводят с вертолета, хотя и не предполагает усыпления животных, все равно вызывает у них беспокойство из-за шума. А сбор медвежьей шерсти для генетического анализа требует много усилий и далеко не всегда позволяет получить достаточно материала для исследований. Команда зоологов под руководством Эндрю фон Дюка (Andrew Von Duyke) из Департамента управления дикой природой в городе Уткиагвик на Аляске предложила метод изучения белых медведей, который не требует отлова этих животных, не представляет для них никакой угрозы и при этом позволяет собрать о них много ценной информации. Он основан на использовании экзогенной ДНК, которая содержится в окружающей среде, например, воздухе, воде и почве. В случае белых медведей это генетический материал из отмерших с поверхности лап клеток эпидермиса, которые зверь оставляет на снегу при ходьбе. Исследователи предположили, что, собрав образцы снега из медвежьих следов, можно выделить из них достаточно ДНК, чтобы по ней определить пол и индивидуальную принадлежность особи. Чтобы проверить эту идею, фон Дюк и его коллеги взяли образцы снега с тринадцати свежих следовых дорожек, оставленных белыми медведями на суше и ледовом припае у двух прибрежных деревень на севере Аляски (на каждой дорожке сбор проб осуществлялся с десяти отдельных отпечатков лап). При этом во время работ исследователи передвигались на снегоходах и не контактировали с медведями, благодаря чему удалось полностью исключить беспокойство этих хищников. Проанализировав собранный материал, авторы обнаружили митохондриальную ДНК белых медведей в образцах, собранных на одиннадцати дорожках из тринадцати. При этом в пробах с шести дорожек содержалось достаточно ядерной ДНК, чтобы провести генотипирование и определить индивидуальную принадлежность и пол особей. В результате выяснилось, что шесть следовых дорожек принадлежали одной самке и пяти разным самцам. При этом в контрольных пробах, которые были собраны за пределами отпечатков лап, медвежьего генетического материала не оказалось. Результаты исследования демонстрируют, что генетический анализ снега из следов белых медведей позволяет почти в половине случаев установить индивидуальную принадлежность и пол особи, которая их оставила. Это сравнимо с результатами, которые зоологи получают при анализе шерсти и фекалий этих хищников. Таким образом, анализ экзогенной ДНК из следов белых медведей на снегу может стать эффективным методом, с помощью которого будут исследовать перемещения и поведение представителей данного вида. Этот подход позволяет собрать много материала (поскольку медвежьи следы встречаются в Арктике часто), дешев и не опасен для животных. Из-за антропогенных изменений климата морской лед в Арктике тает все раньше и устанавливается все позже. В результате период, в течение которого белые медведи не могут охотиться и вынуждены голодать, теперь длится намного дольше, чем несколько десятилетий назад. В будущем ситуация только ухудшится. По оценкам зоологов, из-за нехватки морского льда к 2100 году большинство популяций белых медведей вымрут или окажутся на грани вымирания.