Ученые вырастили еще одну партию искусственных мышиных эмбрионов
Эмбриологи снова вырастили зародышей мыши вне организма матери. Недавно группа израильских ученых уже провела похожий эксперимент и дорастила мышат до восьмого дня развития. Теперь британцы получили примерно такой же результат — и заодно проверили, что израильская система культивирования зародышей ex utero работает. Искусственные мышата вышли во многом похожие на настоящих, у них даже бьется аналог сердца — хотя он, как и некоторые другие органы, получился недоразвитым. Неотредактированная версия статьи предварительно опубликована на сайте журнала Nature.
В 2021 году биологи из Института имени Вейцмана в Израиле вырастили эмбрионы мыши в искусственной матке. Точнее, матку ученые заменили на вращающийся сосуд, в который подавали кислород и питательную жидкость. А сами эмбрионы вырезали из матки реальных мышей через несколько дней после оплодотворения — то есть их развитие не было полностью автономным.
Чтобы сделать производство мышей на 100 процентов «лабораторным», осталось научиться доращивать эмбрионы до «рождения», а еще создавать их с нуля, не прибегая к помощи сперматозоидов, яйцеклеток и материнского организма. Но это пока ученые умеют не очень хорошо (мы рассказывали о таких экспериментах в тексте «Здравствуй, гхола»).
Проблема возникает не с самими тканями зародыша, а с тем, что находится вокруг них. В первые дни развития, прямо перед имплантацией, в эмбрионе появляется внезародышевая ткань — она будет отвечать за связь с организмом матери, образовывать зародышевые оболочки и направлять развитие самого зародыша. И вот эту самую первую ткань (трофобласт) оказалось довольно непросто получить.
Недавно та же самая израильская группа ученых решила эту проблему так: они взяли культуру эмбриональных клеток, разделили на три части и две из них превратили в два типа внезародышевых клеток. А потом собрали все три типа клеток в синтетический эмбрион и с помощью своей методики дорастили его до восьмого дня развития. Дальше эмбрионы развиваться не смогли, и ученым еще предстоит выяснить, что с ними произошло.
Теперь израильтяне объединили усилия с группой британских эмбриологов из Кембриджского университета под руководством Магдалены Зерницки-Гётц (Magdalena Zernicka-Goetz), которая уже несколько лет работает над созданием искусственных эмбрионов. Ее методика в целом похожа на израильскую: в этом случае эмбрион тоже собрали из трех клеточных типов. И эти типы были те же самые: эмбриональные клетки (из которых получаются собственные ткани зародыша), трофобласт (основная внезародышевая ткань) плюс внезародышевая эндодерма (еще одна внезародышевая ткань, которую можно получить, запустив в эмбриональных стволовых клетках ген Gata4).
Ученые поместили все эти клетки в одну чашку, где те сформировали эмбрион. К пятому дню синтетические зародыши вовсю проходили гаструляцию (о том, чем примечателен этот этап развития, мы писали в тексте «14 дней спустя»). После этого ученые дальше воспользовались системой выращивания эмбрионов вне матки, которую им предоставили израильские коллеги, чтобы дать зародышам возможность развиться дальше. Еще пару дней эмбрионы провели в статичной культуре, а после 7 дня развития их перенесли во вращающийся сосуд, где они дожили до стадии, аналогичной 8,5 дня развития обычной мыши.
На этой стадии исследователи разглядели в искусственных эмбрионах все, что тем положено было себе отрастить: длинное тело с нервными складками (будущим мозгом) на голове и хвостом с другой стороны, внутри билось будущее сердце, а снаружи зародыши были укутаны в оболочки (аллантоис и желточный мешок). Дальше авторы эксперимента взялись проверять, насколько искусственные эмбрионы получились похожими на настоящие по разным признакам.
Разобрав зародыши на отдельные клетки, ученые отсеквенировали их РНК, чтобы определить, к каким типам они относятся. Всего в обычном эмбрионе они нашли 26 клеточных типов, и все они встречались и у искусственного. Они также проверили неудачные искусственные эмбрионы — те, что остановились в развитии на шестой или восьмой день. Но существенных различий в наборе клеточных типов со «здоровыми» эмбрионами не заметили. И заключили, что то ли дело в недостаточной чувствительности метода, то ли в морфологических аномалиях, которые тормозят развитие, несмотря на корректную работу генов.
Нервная система у обычных и искусственных эмбрионов развивалась похоже — хотя у последних хуже экспрессировался ген Otx2, который отвечает за разметку мозга.
Внутри туловища нашлись сомиты — сегменты, из которых развиваются скелет и мышцы. На месте были и клетки, из которых должно было образоваться сердце. Они даже сформировали бьющийся мешочек, но по размерам и структуре он выглядел явно недоразвитым.
Еще глубже внутри тела ученые обнаружили зачатки кишечника — но у искусственных зародышей он был тоже развит хуже, чем у обычных.
Когда исследователи делили эмбрион на клеточные типы, они поначалу не могли найти предшественников половых клеток. А вот при окрашивании срезов на характерные маркеры эти предшественники нашлись, там, где и положено. Судя по всему, их было просто слишком мало, чтобы заметить их при массовом секвенировании.
Наконец, нашлись и различия в зародышевых оболочках: хотя желточный мешок был на месте, клетки хориона (самой внешней из оболочек) получились не похожими на таковые у обычных эмбрионов. Здесь, возможно, сказалось отсутствие стенки матки, с которой хорион обычно взаимодействует.
Таким образом, Зерницка-Гётц и ее коллеги дополнительно проверили метод выращивания зародышей ex utero и подтвердили, что он работает, а эмбрионы получаются похожими на настоящие. В заключение к статье они замечают, что нет оснований считать, что эмбрионы не получится выращивать еще дольше — просто придется дорабатывать условия культивирования.
Руководитель израильской группы Якоб Ханна заявил, что дальше планирует экспериментировать с искусственными зародышами человека. Из-за этических и законодательных ограничений, с ними прогресс пока ушел не так далеко: например, мы рассказывали, как синтетический эмбрион человека заставили импланироваться в пробирке.
Полина Лосева
Вероятно, гриб может играть роль в нейродегенерации при нарушениях нейроиммунитета
Ученые из США с коллегами из других стран выяснили, как гриб Candida albicans проникает в мозг мыши, и как мозг с ним борется. Оказалось, что для проникновения через гематоэнцефалический барьер грибы используют ферменты протеиназы. Эти же протеиназы способствуют образованию пептидов, подобных бета-амилоидам, которые запускают уничтожение гриба микроглиальными клетками. Другой грибковый фермент тоже распознается микроглией и способствует выведению C. albicans. Пока неизвестно, как грибу удается обходить эти механизмы и в некоторых случаях сохраняться в мозге длительное время. Результаты опубликованы в Cell Reports. Грибковые инфекции иногда связывают с хроническими воспалительными заболеваниями вроде астмы, риносинусита или экземы, и даже с нейродегенерацией. Один из самых распространенных человеческих грибковых патогенов — Candida albicans. Это гриб-комменсал, то есть он входит в состав нормальной микробиоты. Но нередко, особенно при нарушениях иммунитета, вызывает серьезные инфекции слизистых оболочек и крови. Реже C. albicans поражает и мозг — вследствие, например, острого сепсиса или при болезни Альцгеймера и других нейродегенеративных заболеваниях. Ранее Дэвид Корри (David B. Corry) из Медицинского колледжа Бэйлора с коллегами обнаружил, что гриб Candida albicans может проникать через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) мозга мышей и вызывать воспаление и образование бета-амилоидных пептидов (подобных тем, которые формируют амилоидные бляшки при болезни Альцгеймера), при этом память мышей ухудшается. Тогда же ученые обнаружили, что мозг мышей, зараженный грибом, очищается от инфекции в течение 10 дней, однако механизмы заражения и клиренса были неясны. Теперь Корри и его коллеги разобрались, как именно гриб проникает в мозг и как мозг от него защищается. C. albicans секретирует аспарагиновые протеиназы (Saps), которые разрушают белки; всего таких протеиназ десять типов. Ученые предположили, что именно они помогают грибам пересекать ГЭБ. Они избирательно удаляли некоторые протеиназы C. albicans и вводили такие грибы мышам внутривенно. Выяснилось, что гриб не проникает в мозг, если лишить его Sap2. Отсутствие других Saps снижало грибковую нагрузку в мозге, но полностью проникновение не предотвращало. Протеиназы C. albicans (особенно Sap2) механически разрушали белки плотных контактов гематоэнцефалического барьера: когда ученые нарушили проницаемость ГЭБ, грибы без Sap2 смогли проникнуть в мозг. Ранее авторы показали, что грибковая инфекция мозга сопровождается образованием бета-амилодоподобных пептидов — подобных тем, которые связывают с болезнью Альцгеймера. Такие пептиды связываются с рецепторами на микроглиальных клетках и активируют противогрибковый иммунитет. Чтобы образовать такие пептиды, нужно нарезать на фрагменты белок предшественник бета-амилоида (APP) — в человеческом мозге есть свои ферменты, которые этим занимаются, и они тоже — аспарагиновые протеиназы. Поэтому ученые воздействовали на мышиный мозг грибковыми протеиназами Saps — и увидели, что количество бета-амилоидоподобных пептидов увеличивается. Это происходило даже когда мышей лишали собственных протеиназ. Также ученые выяснили, как именно грибковые ферменты вызывают иммунный ответ. Во-первых, в экспериментах in vitro бета-амилоидоподобные пептиды связывались с толл-подобным рецептором 4 (TLR4) на микроглиальных клетках и способствовали уничтожению гриба. Антагонист TLR4 устранял противогрибковую активность. Затем ученые ввели грибы в мозг мышей, лишенных предшественника бета-амилоид или TLR4 — и грибковая нагрузка у них оказалась выше по сравнению с мышами дикого типа. Однако в итоге инфекция все равно была подавлена: значит, есть и другой механизм. Исследователи сосредоточились на другом грибковом пептиде — кандидализине, который тоже стимулирует имунные реакции. Они заражали мышей C. albicans, которые не производят кандидализин, — и такие грибы проникали в мозг вдвое эффективнее, а уничтожались намного дольше — до 60 дней по сравнению с 10-14 днями, которые требуются для клиренса C. albicans дикого типа. Тогда ученые удалили из микроглиальных клеток рецептор кандидализина CD11b — и инфекция снова продлилась дольше. Дополнительные эксперименты подтвердили, что кандидализин связывается с CD11b на микроглии и вызывает противогрибковый ответ. Несмотря на все механизмы, благодаря которым мозг (и организм вообще) очищается от C. albicans, гриб может долго сохраняться во многих органах, в том числе и в мозге. По мнению авторов, очень важно разобраться в том, как патогену это удается. Также ученые предполагают, что амилоидные бляшки в мозге пациентов с болезнью Альцгеймера могут быть результатом работы как собственных протеиназ человека, так и грибковых. Ранее ученые описали, как бета-амилоиды помогают бороться с патогенами, в том числе — с Candida albicans. Согласно исследованию, бета-амилоиды могут прикрепляться к микробным клеткам и препятствовать их контакту с клетками хозяина.
