И это все о них — белых, умных, пушистых...

Крыса — настоящий инь-ян животного мира. В то время как полчища черных и серых крыс — разносчиков инфекционных заболеваний — забрали миллионы человеческих жизней, их белые собратья, ставшие объектами наблюдений ученых, спасли не меньше людей. И если исследования академика Павлова в области высшей нервной деятельности увековечены в виде памятника собаке, то ученые нашего века должны поставить памятник крысе — первому животному, одомашненному в чисто научных целях. Ведь сегодня грызуны — самые многочисленные обитатели лабораторий, и многими бесценными открытиями фармакологи, биохимики, онкологи, психологи, генетики обязаны именно им.

В Институте фармакологии и токсикологии АМН Украины находится единственный в Украине виварий, сертифицированный по системе GLP (надлежащей лабораторной практики). Здесь всерьез подумывают установить скульптурный образ крыски — на территории нового большого вивария, который предполагается открыть в будущем году.

Крыска в «белом халате»

Предками современных лабораторных крыс были дикие крысы Европы и Северной Америки. В ХVIII веке одомашнили норвежскую крысу, или пасюка (Rattus norvegicus). Названием она обязана английскому натуралисту Джону Беркенхауту, который ошибочно полагал, что пасюки попали на берега туманного Альбиона на норвежских кораблях в 1728 г., хотя в то время в Норвегии серых крыс не было, и мигрировали они, скорее всего, из Дании. Альбиносы «норвежцев» стали экзотическими экспонатами зоопарков и зверинцев, их стало модно разводить и содержать дома. Из Англии увлечение белыми красноглазыми зверьками проникло во Францию, Голландию и Германию. И вот в 1856 г. в одной из парижских больниц на первых хвостатых «добровольцах» испытали лекарственные химиопрепараты. С тех пор белая крыса, а за ней и белая мышь (альбинос домашней мыши Mus musculus) преданно служат науке.

Так почему же все-таки белая? Очевидно, не для того, чтобы гармонировать с халатами экспериментаторов. Как рассказала заведующая отделом токсикологических исследований Института фармакологии и токсикологии Валентина Коваленко, альбиносы гораздо более миролюбивы, чем их дикие сородичи, почти не боятся людей, легко приручаются и поддаются тренировке. Кроме того, у них быстрее наступает половое созревание. Лабораторные крыски охотно плодятся круглый год и дают многочисленное потомство.

Селекционное разведение позволило вывести несколько пород (линий) лабораторных крыс. От уже знакомой нам серой «норвежки» происходят современные линии Вистар, Левис, Спрагью-Девлей, в то время как для выведения других линий использовались черные (Rattus rattus) и египетские (Rattus alexandricus) крысы.

— Большинство линий ведет свое происхождение от колоний крыс-альбиносов, основанной Генри Дональдсоном в 1906 г. при Вистаровском институте (США), — рассказывает Сусанна Танина, руководитель службы гарантирования качества исследований Института фармакологии и токсикологии. — Понятие «вистаровские крысы» существует до сих пор. Линия эта существовала до 1950 года, животных из этой колонии рассылали в лаборатории всего мира. Потому более 50% ныне существующих инбредных линий крыс имеют общих предков. Кроме того, ряд коммерческих колоний аутбредных крыс Вистар берет начало от той же самой популяции. По этой причине многие крысы обладают сходным набором генов.

Аутбредных крыс получают, скрещивая особей из разных семей, инбредных — скрещивая братьев и сестер на протяжении 20 поколений. В результате образуется линия с какой-то характерной биологической особенностью, которую необходимо поддерживать, чтобы не было мутаций. Например, в 1963 году японские ученые вывели линию крыс, у которых в определенном возрасте возникало высокое артериальное давление. Их широко используют для изучения вопросов профилактики и лечения гипертонической болезни, инфаркта миокарда, инсульта.

Также существуют так называемые нокаутированные крысы. Если нужно изучить механизм действия, в котором участвует определенный белок или фермент, производится «нокаут» — из генома выводится ген, ответст­вен­ный за образование этого вещества. Таким образом, появляется возможность определить, участвует ли этот ген в том или ином механизме действия. Пример — широко разрекламированные СМИ мыши, у которых исчез страх перед котами. Теперь стало ясно, что страх обуславливал именно «выключенный» ген.

Для разных исследований используются крысы с разным микробиологическим статусом. Этот статус зависит от наличия или отсутствия у животных природной патогенной микрофлоры и, соответственно, иммунитета к ней.

Есть конвенциональные животные, содержащиеся в обычных открытых системах. Они минимально защищены от инфекций, обладают естественной микрофлорой, имеют как врожденный, так и приобретенный иммунитет. В Институте фармакологии и токсикологии их используют для изучения токсичности и оценки специфической фармакологической активности. Существуют также улучшенно-конвенциональные животные, так называемые minimal disease, у них контролируется содержание патогенной микрофлоры. Следующий уровень — SPF-животные (specific pathogen free), свободные от специфической патогенной микрофлоры. Таких крыс нельзя помещать в обычные конвенциональные условия, поскольку у них отсутствует приобретенный иммунитет. Их используют для получения культур клеток, производства вакцин, поддержания штаммов бактерий и вирусов, испытания новых фармакологических средств и т.д.

Быстро только крысы родят

Сегодня крысы и мыши — основные обитатели опытных лабораторий. Эти маленькие «тест-системы» удобны тем, что относительно недороги и хорошо изучены.

В виварии Института фармакологии и токсикологии выращивают собственных крыс — в основном конвенциональных. Для этого зверьки содержатся в «гаремах» — один самец на пять самок. Крысята рождаются голенькими, слепыми, с закрытыми слуховыми отверстиями. Отцы в их воспитании не участвуют, а вот мамы могут скооперироваться и растить потомство совместно — своеобразные крысиные «ясли». Крысята становятся самостоятельными в три-четыре недели. Половой зрелости достигают в три-четыре месяца. Одна пара крыс за год производит около 40 детенышей.

Система GLP, позволяющая ученым разных стран получать и обмениваться максимально достоверными результатами опытов, требует жесткой стандартизации во всем. Это касается и условий содержания подопытных животных, и условий проведения экспериментов. В клетках должны поддерживаться строго определенные температура, влажность, чередование светлого и темного времени суток, количество патогенной микрофлоры и т.д.

Хотя домашние крысы, можно сказать, всеядны, в лаборатории кормить их чем попало нельзя — нарушится чистота эксперимента. Пожаловаться на скудность питания подопытные крыски никак не могут — они получают сбалансированный комбикорм, обогащенный витаминами и минералами. На Западе выпускают специальный корм для каждого вида животных, в том числе и для крыс. Отечественные комбикорма пока рассчитаны на всех мелких грызунов сразу. В сутки каждая крыса потребляет 25—27 г пищи и выпивает 30—35 мл воды.

Зверьков стараются не пугать, не причинять им лишней боли. С самого раннего возраста их кормят с руки, гладят, разговаривают с ними. Дружелюбные и любознательные альбиносики охотно идут в руки экспериментаторов.

— В принципе, они привыкают к одним и тем же людям и разрешают производить с собой манипуляции, — рассказывает Валентина Коваленко. — Это очень важно, ведь эксперимент может длиться и три, и шесть месяцев, и все это время крыса должна доверять экспериментатору. Недавно приходили к нам с телевидения. Чужие люди, техника, шум… Пытались заснять, как мы вводим крысе лекарство при помощи зонда. Один дубль, третий, пятый… А потом уже ни одна крыса не давалась в руки. Расстроились и звери, и люди… Ведь эти животные очень чувствительны. Если одна крыса испытывает беспокойство, страх, боль, это мгновенно передается остальным. Потому, чтобы не исказить результаты эксперимента, нельзя проводить болезненные процеду­ры на одном животном в присутствии других. Крысы у нас содержатся в одном помещении, а эксперименты проводятся совсем в другом.

В природе 95% крыс не доживают до полутора лет. Массово гибнет молодняк, раненых, слабых, старых нередко пожирают сородичи. Хищники — хвостатые и пернатые — поджидают и в полях, и в домах, да и человек постоянно придумывает новые способы уничтожения грызунов. Срок жизни домашнего питомца существенно больше: при правильном уходе может достигать даже шести-восьми лет. Лабораторная крыса живет от двух до четырех лет — все зависит от того, в каких экспериментах ей придется принять участие.

Принципы биоэтики требуют, чтобы в опытах участвовало как можно меньше животных. Для этого при планировании эксперимента, например по изучению какого-либо вещества, важно получить максимум информации о похожих исследованиях, чтобы не рисковать жизнью подопытных зверьков ради того, что уже и так известно. Работу с животными стараются планировать так, чтобы совместить несколько разных видов исследований. Например, наряду с хронической токсичностью можно изучать и фармакокинетику, и местное раздражающее действие, некоторые показатели иммунотоксичности.

Специальная комиссия по биоэтике, существующая в Институте фармакологии и токсикологии с 2001 года, принимает решение о допустимости каждого эксперимента. В частности, она рассматривает, насколько болезненными могут быть процедуры, предусмотрены ли обезболивающие средства и каков будет метод эвтаназии, если животное будет мучиться.

— В некоторых институтах отказались от экспериментов на кошках и собаках, заключив, что это негуманно. А на крысах, выходит, гуманно?

— Экспериментируют на разных видах животных. Это необходимо для того, чтобы определить межвидовые различия в реакции на препарат, — отвечает Валентина Коваленко. — Чем больше различий, тем опаснее вещество для человека, тем сложнее прогнозировать его побочные эффекты. Без собак невозможно изучить фармакокинетику готовой лекарственной формы, например таблеток. Сейчас, особенно на Западе, идет пропаганда альтернативы использованию животных — культуры клеток, бактерии, микроорганизмы. Но, к сожалению, регламентирующие органы ни у нас, в Украине, ни в Европе, ни в США не принимают материалы исследований, выполненных только в системе in vitro. Эти исследования могут проводиться на этапе скрининга, предварительного изучения, но для регистрации любого нового химического вещества или лекарства нужна проверка на животных. В Европе не тестируются на животных старые, проверенные средства, а лекарства и новые средства — обязательно.

Похожие — и непохожие

Геном крысы и человека менее схож, чем геном человека и мыши. Тем не менее некоторые особенности крыс поразительно напоминают наши. Так, если крыску, особенно молоденькую, пощекотать, ультразвуковая аудиограмма зафиксирует визжание, похожее на человеческий смех. Крысы видят сны о погонях и блужданиях — во время сна у них активно работают те же нейроны, что и в случае, когда бодрствующие зверьки пытаются найти выход из лабиринта. Они любят компанию, всюду суют свой нос и млеют от приятных прикосновений. Крысу можно научить улавливать связь между определенным звуком и мягким электрическим разрядом, и если звук раздался, а разряда не последовало, зверек делает глубокий выдох, как будто облегченно вздыхает.

В зависимости от воспитания и условий жизни, у крыс может формироваться разный характер. Встречаются животные суетливые и спокойные, ласковые и задиристые.

— Раньше подопытных крыс делили по группам методом случайной выборки. Берешь их из клетки одну за другой и рассаживаешь. Но, получается, в первую очередь ты автоматически берешь более спокойную крысу. В результате самые агрессивные оказываются в одной группе. А это влияет на чистоту эксперимента. Так что сейчас животных просто нумеруют и делят на группы методом случайных чисел, — рассказывает Валентина Коваленко.

Интересно, что среди крыс попадаются… оптимисты и пессимисты. Как показало одно исследование, грызуны, у которых жизнь с детства была малиной, склонны «верить в лучшее»; в то же время выращенные в нестабильных условиях не ждут от судьбы милостей. И те, и другие связывают один звук с положительным событием («сейчас будет еда»), а другой — с отрицательным («еды не будет»). Но, услышав непонятный звук, «оптимисты» следуют к его источнику, надеясь обнаружить корм, а «пессимисты» с ворчанием прячутся, решая, что ничего хорошего им не достанется.

А еще крысы… знают, когда не знают. В исследовании американских психологов животным предлагалось продемонстрировать способность отличать звуки длительностью в две секунды от звуков в восемь секунд, нажимая на тот или иной рычаг. За правильную догадку крыса получала большую порцию еды, за ошибку — ничего. Прослушав звук, зверек мог либо «согласиться» сдавать экзамен, нажав на один из рычагов, либо высунуть мордочку наружу, что означало «я не знаю» — в этом случае он получал небольшое угощение. Чем ближе была длительность звуков к двум или восьми секундам, тем более охотно нажимали на рычаги крысы. Но как только длительность тонов приблизилась к четырем секундам и ситуация стала менее определенной, животные все чаще предпочитали признавать свою некомпетентность, дабы получить скромную, но гарантированную награду.

Но есть у крыс и свои, уникальные особенности, дарованные им природой. Обмен веществ у них в шесть раз быстрее, чем у человека. Окружающий мир они видят совсем не как мы — в основном в сером цвете, так как воспринимают голубовато-зеленую часть спектра. Красный цвет для них — полная темнота. Крысы слышат звуки частотой до 40 кГц (человек — до 20 кГц), чутко реагируют на шорохи, но чистые тона не различают. На мордочке у этих грызунов — особые органы осязания, длинные волоски-вибриссы, улавливающие колебания воздуха и воспринимающие соприкосновение с предметами.

Крысы могут селиться и успешно размножаться как в холодильниках с постоянной низкой, так и в котельных с высокой температурой. Легко выдерживают очень высокий уровень радиации, до 300 рентген/час, причем способны ощущать рентгеновские лучи, улавливая запах озона.

Природа наделила этих животных сильнейшим иммунитетом и удивительными способностями к заживлению. Вызвать у крыс гнойную инфекцию, раздражение кожи практически невозможно. Поэтому для иммунологических исследований в основном используют мышей, морских свинок и кроликов.

Крысы наиболее активны ночью и в сумерках, но, поселяясь рядом с человеком, могут изменять суточный ритм. Ведут как одиночный, так и групповой, а в природе — и колониальный образ жизни. По сравнению с мышами, крысы более агрессивны и умны. Внутри их групп царит патриархат. В сложной иерархии есть свои «начальники» и «подчиненные».

«Крысиный менталитет» и смертельные соблазны

По отношению к крысам человек нередко выступает настоящим Сатаной. Диких обрекает на муки ядами и ловушками, а доверчивых лабораторных крысок подвергает всяческим искушениям. К примеру, приучает к алкоголю. Или «садит» на наркотики. Конечно, делается это не ради жестокой забавы, а для того, чтобы исследовать механизмы образования алкогольной и наркотической зависимости, определить группы риска и найти способы лечения.

— Только 30% крыс, которым вводят морфий, становятся наркозависимыми, — рассказывает заведующий отделом нейрофармакологии Института фармакологии и токсикологии профессор Леонид Громов. — По-видимому, имеются преморбидные конституциональные особенности организма, которые могут привести к развитию наркомании как болезни.

Согласно моей теории, наркотическое опьянение может быть связано с переживанием удовольствия оргазменного характера. В сексологии давно известно, что оргазм по сути — нейрогуморальный рефлекс, центральным гуморальным звеном которого являются половые гормоны. Экспериментально повышая или понижая количество гормонов и воспроизводя методики развития наркозависимости, можно проследить выраженность развития наркозависимости у животных с пониженным и повышенным гормональным статусом. Оказалось, что особи, у которых тестостерон превышает возрастную норму, более подвержены риску стать наркозависимыми.

— Кстати, значит, получается, крысы занимаются сексом не только ради продолжения рода, но и ради удовольствия?

— До сих пор мы считали, и я был уверен в этом, что половой акт у животных связан только с инстинктом продолжения рода. Но тогда почему у животных, в том числе у крыс, распространены девиантные формы полового поведения — гомосексуализм, трансвестизм, мастурбация?

— Вернемся к наркомании и алкоголизму. Известно, что крысы с большой осторожностью относятся к ядовитым веществам. Если пища вызывает у них подозрение, съедают совсем чуть-чуть. Малейшее недомогание — и больше они к этой еде не притронутся. Значит ли это, что вредные вещества крысам вводят насильно?

— Если вещество нужно ввести не внутривенно, а перорально, это делают при помощи зонда, как можно осторожнее, — объясняет Валентина Коваленко. — Но не исключается и добавление вещества в корм или питье. Сейчас мы исследуем влияние определенных лекарственных средств, их токсические свойства на фоне экспериментального алкоголизма. Так вот, среди животных, как и среди людей, есть особи склонные или не склонные к употреблению этилового спирта. Как мы определяем это? Ставим животному две поилки: одну с водой, другую — с десятипроцентным раствором спирта. Обычно крысы отказываются принимать в день более двух-трех грамм этилового спирта на килограмм своего веса (именно такую дозу их организм способен за сутки превратить в воду и углекислый газ). Но есть и любители «опрокинуть стопочку». Мы отбираем их в отдельную популяцию и проводим опыты.

Что же показывают исследования? Легче и быстрее начинает пить молодняк. Самцы пьют больше и охотнее, чем самки, и чаще напиваются допьяна. Более эмоциональные крысы употребляют больше алкоголя, чем спокойные особи. Симптомы похмелья у крыс очень напоминают человеческие. Ожидая приема спиртного, крысы-«алконавты» приходят в страшное возбуждение, и если долгожданная «стопочка» запаздывает, могут выразить свое возмущение, поколотив ближайшего соседа. Как тут не вспомнить анекдот: «Вась, за что?!» — «А что делать, что делать?!» А еще под влиянием алкоголя размывается социальный статус животных, и «кто был никем, тот станет всем». Например, в одном из экспериментов пару зверьков бросали в бассейн с единственной сухой площадкой, на которую мог поместиться только один. Трезвый «подчиненный» в таких случаях уступал место «начальнику», а пьяный, которому «море по колено», вытеснял доминирующую крысу с сухого островка.

…Впрочем, надо признать, что не все эксперименты укорачивают крысам жизнь. Так, академик Владимир Никитин, занимаясь проблемами старения организма, посадил хвостатых подопечных на низкокалорийную сбалансированную диету — и таким образом продлил срок их существования на целых 40%.

Подопытные крыски американского зоолога Клеви тоже жили в шесть раз дольше своих собратьев. Правда, только те, которые регулярно… употребляли спиртное. В умеренных, естественно, дозах. Эти животные практически не болели сердечно-сосудистыми заболеваниями.

Крысы широко используются также для изучения процессов поведения, обучаемости, способности к запоминанию и других вопросов психологии. Так что памятник себе эти экспериментальные животные вполне заслужили.