Többféle modellállatot az agykutatásnak?

Az állatkísérletes idegtudomány manapság egyre inkább ráfókuszál néhány modellállatra, például az egérre vagy az ecetmuslicára. Ez persze nem ok nélkül alakul így, hiszen ezeket az állatokat jellemzően könnyű és gazdaságos kísérleti alanynak tenyészteni. Az állatok tartását és a kísérletek kivitelezését ráadásul mára már több évtizedes tapasztalat is támogatja, tehát nem meglepő ez a tendencia az idegtudományban, sőt az állatkísérletes élettudományokban egyaránt jellemző. Egyes szakértők azonban arra hívják fel a figyelmet, hogy érdemes lenne diverzifikálni a kísérletekben használt modelleket, hiszen ez a megközelítés számtalan korszakalkotó eredményt szült már az idegtudományban.

Állatmodellek az idegtudományban

Az agykutatásban, mint minden területen, ami az élő szervezet működésével foglalkozik, az állatkísérletek óriási jelentőséggel bírnak. A kísérleti állatok használatával a kutatók előtt olyan lehetőségek nyílnak meg, olyan módszerek válnak elérhetővé, melyek emberi kísérleti résztvevők esetén szóba sem jöhetnek. Az állatok esetében kísérleti manipulációként akár félelem vagy fájdalom is kiváltható, a beavatkozást követően pedig feláldozhatók, így megfigyelhetők az idegrendszerükben esetleg bekövetkezett változások.

A kísérletek során a kutatók modellezni próbálják a valóság egy részletét, ezt szolgálják a kísérleti állatok és a kísérleti manipulációk. Például az egereken végzett kutatások nagyrészének célja az, hogy olyan ismereteket gyűjtsön, amik az ember szervezetének működésére is igazak. Az, hogy az idegtudományban és más területeken is, a rágcsálók lettek a legnépszerűbb állatmodellek több okra vezethető vissza. A rágcsálók emlősökként viszonylag közeli rokonai az embernek, a szervezetük legfontosabb vonásaiban hasonlít az emberi szervezethez, így reális esély van rá, hogy az esetükben felfedezett folyamatok az embernél is hasonló jelentőséggel bírnak. Emellett a rágcsálók kis mérete miatt tartásuk és tenyésztésük kevesebb helyet igényel, gazdaságosabb. A szaporodásuk és a fejlődésük gyors, ezért a legkorszerűbb géntechnológiai eljárások is nagy sikerrel alkalmazhatók rajtuk.

Az idegtudományban gyakran használnak még fonálférget, ecetmuslicát és zebrahalat is. A Caenorhabditis elegans („a kukac”) nagyjából 300 idegsejtből álló idegrendszere talán a legegyszerűbb központosulást mutató idegrendszer az állatvilágban, ezért lett népszerű az idegtudományban, valószínű, hogy az ebben zajló molekuláris és hálózati folyamatok más idegrendszerekben is fontosak lehetnek. Az ecetmuslica (Drosophila melanogaster) elsősorban a fejlődéstani és genetikai vizsgálatok alapértelmezett modellállata, az idegrendszer fejlődésének és működésének genetikai alapjait is nagy sikerrel vizsgálják segítségével. A zebrahalat (Danio rerio) lárvájának áttetsző teste tette kedvelt kísérleti állattá a fejlődésbiológiában, az idegtudományban is elsősorban az idegrendszer fejlődésével kapcsolatos kérdések megválaszolására használják.

Ezek az állatok tehát az idegtudomány leggyakoribb kísérleti alanyai. Az egyik legnagyobb élettudományi kutatási támogatásokat folyósító szervezet (az amerikai National Institute of Health Research Projects Grants) által 2015-ben idegtudományi kutatásokra kiutalt összegek 45%-a ment egereket alkalmazó kutatásokra, 2% ecetmuslica, és nagyjából 1-1% fordítódott a kukacot és zebrahalat alkalmazó vizsgálatokra (a fennmaradó rész embereken, illetve főemlősökön végzett kísérletekre jutott). Az angol Wellcome Trust is a legnagyobb támogatószervezetek között van számontartva. Ebből a forrásból 2015 és 2019 között a pénzek több mint 60%-a ment egeret, 20%-a főemlősöket, 7-7%-a patkányt és zebrahalat, 2%-a görényt, 0,7%-a ecetmuslicát alkalmazó kísérletekre. Mindkét forrásnak csak nagyjából 1%-át fordították olyan kísérletekre, melyeket más a felsoroltaktól eltérő fajokon végeztek. Ezek az adatok is alátámasztják tehát azt a következtetést, hogy az állatkísérletes idegtudományban csak néhány fajra fókuszálnak a kutatók.

A leggyakrabban használt kísérleti állatok az idegtudományban (Forrás: google.com).

Diverzifikálni kell?

Az, hogy a kutatások zöme erre a néhány fajra koncentrál bizonyos szempontból előnyös. A kutatási eredmények így könnyebben összevethetők, általánosságban megbízhatóbb az állatkísérletes irodalom. Ez a fókusz tette lehetővé, hogy az előbb említett fajok esetében kiterjedt adatbázisok állhassanak össze, akár az idegrendszerük kapcsolatainak, akár az idegsejtjeik génkifejezésének feltérképezésével. Az sem elhanyagolható, hogy az elterjedtségük miatt nagyon könnyű hozzájutni magukhoz az állatokhoz, a tartásukhoz szükséges eszközökhöz, ráadásul a kísérletek tervezésekor felmerülő problémák túlnyomó többsége már megoldott (pl. milyen ingerek váltanak ki félelmet az állatnál, hogyan nyilvánul ez meg és hogyan érdemes mérni). A dolognak azonban megvannak a maga hátrányai is, ahogyan arra már több kutató is felhívta a figyelmet.

Elsőként talán August Krogh, aki 1920-ban kapta meg a Fiziológiai és orvostudományi Nobel-díjat a hajszálerek szabályozásával kapcsolatos munkájáért. A manapság Krogh-elvként emlegetett megállapítás szerint a viselkedés neurális alapjainak megértéséhez érdemes olyan fajt keresni, ami egyes különös jellemzőinél fogva ideális az adott kérdés vizsgálatához. Az idegtudományban számtalan példa van arra, hogy egy faj speciális jellemzői megkönnyítették egy jelenség megfigyelését, megértését, majd ezekről a jelenségekről idővel kiderült, hogy más fajoknál, köztük az embernél is fontosak.

Az idegtudomány egyik klasszikus eredménye például kalmárok segítségével született. A kalmárok köpenyüregük gyors összehúzásával képesek kipréselni a benne lévő vizet és így „kilőni” a testüket, a rakéta-elv alapján. A köpenyüreget beidegző sejtek nyúlványai kivételesen vastagok ezeknél az állatoknál, akár 1,5 mm átmérőjűek is lehetnek. Az axon mérete így jelentősen megkönnyíti a benne zajló folyamatok vizsgálatát, ahogyan arra Zachary Young az 1930-as években felhívta a figyelmet. Az óriásaxon adottságait kihasználva 1949-ben Alan Hodgkin és Andrew Huxley sikeresen feltárták, hogy az akciós potenciálok kialakulásának hátterében pontosan milyen ionáramok állnak. A munkájukért 1963-ban kaptak Nobel-díjat. Az akciós potenciálok molekuláris háttere lényegét tekintve minden ismert idegrendszerben azonos, tehát ez a felfedezés is általános jelentőségű eredményeket hozott.

A tintahal idegrendszerének makroanatómiája (Forrás: Pearson Education).

Egy másik izgalmas példa főszereplője a tengeri nyúl. Ezt az állatot Eric Kandel használta az emlékezet sejtszintű folyamatainak vizsgálatához. A puhatestűn a tanulás egy egyszerű formáját, a szenzitizációt vizsgálták. A jelenség lényege az, hogy alapesetben egy érintés a test egy pontján nem vált ki különösebb reakciót, viszont kisebb áramütést követően már ez az érintés is védekező reakcióhoz vezet (kopoltyú visszahúzása). A tanulás viselkedéses következménye tehát könnyen megfigyelhető, ráadásul a kopoltyú izmait beidegző idegsejtek nagy méretűek, működésük könnyen vizsgálható. Kandel és társai a sejtekben bekövetkező elektrofiziológiai és molekuláris változások megfigyelésével a tanulás folyamatának legalapvetőbb biológiai komponenseit tárták fel, amiért Kandel 2000-ben kapott Nobel-díjat.

A tengeri nyúl, Aplysia californica (Forrás: wikipedia.org).

E két példa csak szemezgetés. Az ingerületátvivők ürítésének folyamatát például élesztőben és békában is tanulmányozták, a látás neurofiziológiáját az atlanti tőrfarkú mozdította előre, a hangok lokalizációját baglyokban is vizsgálták, a préri földikutya segítségével a társas kötődés idegrendszeri alapjairól tudtunk meg többet. A közkedvelt modellállatokon kívül tehát más élőlények is hozzájárultak az idegtudomány fejlődéséhez, ami azt sugallja, hogy a későbbiekben is hasznosak lehetnek a szokásostól eltérő kísérleti alanyok. Azzal, hogy a kutatások nagyrésze csak néhány fajra fókuszál, könnyen elveszhetünk a részletekben ahelyett, hogy általános szabályszerűségeket ismernénk fel. Ha több fajban is megfigyelhetjük hogyan old meg egy-egy feladatot az idegrendszer, az valószínűleg megkönnyíti az adott folyamat lényegének megértését.

Végül emlékezzünk meg a puszta szerencséről is. Ha több fajjal foglalkoznak a kutatók, nagyobb a valószínűsége, hogy véletlenül valami fontos áttörést érnek el. Elképzelhető, hogy létezik valahol egy emlős, amelyik mondjuk kivételesen ellenálló az agyvelőgyulladással szemben, de ez csak akkor fog számunkra kiderülni, ha valaki egyszer ugyanannak az eljárásnak veti alá, amivel az agyvelőgyulladás egérmodelljénél kiváltják ezt a kórságot. A kísérleti állatok diverzifikálása tehát ígéretes, ugyanakkor itt nem arról van szó, hogy az egereket el kellene felejteni. Elég lenne talán csak egy kicsit jobban kiegyensúlyozni az erőforrások használatát a bevált fajok és a szokatlan állatmodellek között.

Ez a cikkem az Élet és Tudomány 2020/33. számában jelent meg.

Források:

https://science.sciencemag.org/content/358/6362/466

https://www.nature.com/articles/s41583-020-0323-1