Kako nam rojaki malega Nema pomagajo zdraviti raka pri ljudeh in ohraniti zdravo okolje?

Radi jih gledamo v domačih akvarijih, a ribam cebricam dolgujemo še veliko več kot le občudovanje. V bioloških in medicinskih raziskavah so izjemnega pomena, pojasnjuje toksikologinja in genetičarka Metka Filipiič.

Prepoznavne so od daleč po svojih značilnih progah vzdolž telesa, ki so jim tudi dale ime – ribe cebrice. Ali se zavedamo, koliko so znanstvenikom pomagale pri odkrivanju zdravil za najtežje človeške bolezni?
Prepoznavne so od daleč po svojih značilnih progah vzdolž telesa, ki so jim tudi dale ime – ribe cebrice. Ali se zavedamo, koliko so znanstvenikom pomagale pri odkrivanju zdravil za najtežje človeške bolezni? Foto: Thinkstock

Prepoznavne so od daleč po svojih značilnih progah vzdolž telesa, ki so jim tudi dale ime – ribe cebrice (latinsko Danio rerio, angleško Zebrafish) so se iz svojega naravnega okolja v predelih vzhodne Azije razširile po vsem svetu kot priljubljene akvarijske ribe. Ne brez razloga: so zelo odporne in zato primerne tudi za tiste, ki ne znajo ali zmorejo intenzivno skrbeti za svoje hišne ljubljenčke. Tako v naravi kot tudi v akvarijih se najbolje počutijo v jatah.

Priljubljene v akvarijih, zelo cenjene in koristne v znanstvenih laboratorijih

Večina tistih, ki ribe cebrice občuduje v akvarijih, ne ve, kako zelo pomembne so te ribice za številne znanstvene in raziskovalne laboratorije, nas je spomnila toksikologinja in genetičarka ter vodja oddelka za genetsko toksikologijo in biologijo raka na Nacionalnem inštitutu za biologijo v Ljubljani prof. dr. Metka Filipič.

Po dobrega pol stoletja vedno bolj nadomeščajo laboratorijske miši, podgane in hrčke

Ribe cebrice je prvi pri svojem znanstvenem delu uporabil George Streisinger, a se je pravi preboj zgodil leta 1981, ko je njegovi raziskovalni skupini uspelo klonirati ribo cebrico. Ribe cebrice je prvi pri svojem znanstvenem delu uporabil George Streisinger, a se je pravi preboj zgodil leta 1981, ko je njegovi raziskovalni skupini uspelo klonirati ribo cebrico. Foto: University of Oregon "Danes ribe cebrice vse bolj nadomeščajo druge poskusne živali, kot so miši, podgane ali hrčki, a se je njihova pot v raziskovalne laboratorije začela že v šestdesetih letih prejšnjega stoletja," nam je pojasnila sogovornica.

Prvi jih je namreč takrat uporabil leta 1927 na Madžarskem rojeni genetik George Streisinger, ki je raziskoval na državni univerzi ameriške zvezne države Oregon: "Streisinger je preučeval razvoj in delovanje živčnega sistema ter vpliv mutacij na živčni sistem, a ker je bil tudi ljubiteljski akvarist, je kmalu prepoznal uporabnost rib cebric za laboratorijske raziskave." 

Prvih dvajset let Streisinger ni pretirano zadolžil svetovne znanosti: "V vsem tem času ni objavil niti enega znanstvenega članka, kar bi bilo v današnjem času in znanosti popolnoma nemogoče," je povedala dr. Filipič

Pomemben mejnik: prva klonirana riba cebrica

Leta 1981 Streisinger in njegovi sodelavci vendarle naredijo ključni preboj, ki je tega ameriškega znanstvenika vpisal v zgodovino, obenem pa je močno pospešil uporabo teh ribic na področjih genetskih raziskav vretenčarjev in raziskav bolezni ljudi: vzgojili so prvo klonirano ribo cebrico.

Ta dosežek je bil vreden objave na naslovnici ene izmed svetovno najprestižnejših revij Nature.

Z ribami cebricami si ljudje delimo 70 odstotkov genetskega zapisa, nam je med drugim povedala vodja oddelka za genetsko toksikologijo in biologijo raka na Nacionalnem inštitutu za biologijo v Ljubljani Metka Filipič. Z ribami cebricami si ljudje delimo 70 odstotkov genetskega zapisa, nam je med drugim povedala vodja oddelka za genetsko toksikologijo in biologijo raka na Nacionalnem inštitutu za biologijo v Ljubljani Metka Filipič. Foto: Osebni arhiv Toda znanstveno in življenjsko pot priznanega genetika je leta 1984 grobo prekinila nesreča na tihomorski obali zvezne države Oregon - Streisingerja je pri potapljanju zadela srčna kap, a so njegovo pionirsko delo uspešno nadaljevali njegovi kolegi.

Podobne so nam bolj, kot si mislimo (ali si želimo priznati)

"Ribe cebrice s človekom delijo 70 odstotkov genskega zapisa, to so odkrili leta 2013, ko so razvozlali (sekvenirali) njihov celotni genetski zapis – prav to je eden od razlogov, da jih lahko uporabljamo za preučevanje bolezni na ljudeh," je še dodala dr. Filipič.

Genetska podobnost ribe cebric izvira že iz tega, da spadajo med vretenčarje in ker so celični in razvojni procesi pri vretenčarjih evolucijsko ohranjeni. 

A podobnosti med temi ribicami in nami tu še ni konca: "Za 84 odstotkov človeških genov, za katere je znano da so pri ljudeh povezani z določeno boleznijo, so znane različice pri cebricah!"

Pomagajo nam spoznati naš genom in razvijati nova zdravila

Ta podobnost, ki se nam na prvi pogled zdi nepredstavljiva, danes omogoča raziskave bioloških, kot tudi bolezenskih procesov na molekularni ravni. "Trenutno poteka velik mednarodni projekt, katerega namen je ugotoviti vlogo vseh 20 tisoč človeških genov, ki so jih pred več kot desetimi leti identificirali v okviru projekta Človeški genom."

Dela znanstvenikom ne bo še kmalu zmanjkalo, saj so do zdaj z ribami cebricami uspeli ugotoviti funkcijo nekaj sto človeških genov.

Toda številke ne povedo vsega: "Na osnovi primerjav človeškega genoma in genoma cebric so že odkrili nekatere prej nepoznane gene, ki so vpleteni v redke oblike mišične distrofije, genetske poti vpletene v razvoj zarodka in fiziologijo srca in tudi zdravila, ki jih sedaj testirajo za zdravljenje kožnega raka."

Ljudje smo ribam cebricam genetsko bolj podobni, kot si mislimo (ali bi si to želeli priznati). Ljudje smo ribam cebricam genetsko bolj podobni, kot si mislimo (ali bi si to želeli priznati). Foto: Thinkstock

Ko se ves življenjski cikel odvrti že v nekaj mesecih

Visoka genetska homolognost s človekom je le ena izmed edinstvenih značilnosti rib cebric, ki so znanstvenikom neprecenljve. "Cebrice se hitro in enostavno razmnožujejo. Razvoj od jajčeca do ličinke traja manj kot tri dni, glavni organi so razviti že po 24 urah, kar pri človeškem zarodku traja mesec dni, in čas do odraslosti pri cebricah je 3 mesece, pri ljudeh pa desetletje in pol."

Ker nam ribe cebrice tako omogočajo v razmeroma kratkem času opazovati celotno življenjsko obdobje od oploditve do odraslega stanja in smrti, so izjemno uporabne kot model za raziskave razvoja vretenčarjev in funkcij različnih genov ter nastanka bolezni. "V primerjavi s tovrstnimi raziskavami na glodavcih, kot so miške in podgane, so tiste z ribami cebricami mnogo hitrejše, pa tudi cenejše."

Zaradi prozornosti lahko opazujemo brez oviranja in dotikanja

Okno v življenjski cikel: zarodek rib cebric je do sedem dni po oploditvi prozoren, kar znanstvenikom omogoča neinvazivno opazovanje. Okno v življenjski cikel: zarodek rib cebric je do sedem dni po oploditvi prozoren, kar znanstvenikom omogoča neinvazivno opazovanje. Foto: Nikon Naša sogovornica opozarja še na eno izjemno lastnost rib cebric, ki je za znanstvenike edinstvenega pomena: "Do sedem dni po oploditvi jajčec so zarodki in ličinke prozorni, zato lahko neovirano gledamo skozi zarodke in spremljamo morfološke spremembe, ki nastanejo tekom razvoja."

Ta prozornost omogoča, da znanstveniki v živem zarodku opazujejo gibanje celic, nastanek organov, začetek bitja srca. "V zarodku lahko izzovemo različne spremembe in skoraj takoj vidimo fiziološke in patološke posledice. Z različnimi fluorescentnimi označevalci, kot sta zeleni in rdeči fluorescentni protein, je možno obarvati celice ali organe in na neinvazivni način spremljati razvojne in bolezenske procese."

Tu pride do izraza še ena prednost rib cebric pri raziskavah: "Vse te spremembe opazujemo, ne da bi se rib dotaknili ali jih kakorkoli drugače zmotili – to pri poskusih z drugimi laboratorijskimi živalmi ni možno, te bi morali žrtvovati, če bi želeli raziskati nastale posledice."

Glioblastoma še ne znajo pozdraviti, a so z ribami cebricami na pravi poti

Rast in prodiranje možganskih tumorjev v okoliško tkivo možganov rib cebric. Rast in prodiranje možganskih tumorjev v okoliško tkivo možganov rib cebric. Foto: Miloš Vittori Ribe cebrice nedvomno postajajo izjemnega pomena na področju medicinskih raziskav, med drugim tudi zato, ker so na njih so razvili modele nekaterih bolezni, tudi na področju raziskav raka. 

"Cebrice spontano razvijejo rakave bolezni, mnogi tumorji cebric so histološko podobni človeškim. Tudi invazivnost in metastaziranje je podobna kot pri človeških tumorjih, nam je še povedala vodja Oddelka za genetsko toksikologijo in biologijo na Nacionalnem inštitutu za biologijo, kjer se že dolga leta posvečajo raziskavam nastanka in napredovanja rakavih obolenj.

Tako so pri raziskavah rasti in širjenja (invazije) glioblastoma -  možganskega tumorja, ki je za sedaj neozdravljiv, uporabili tudi zarodke rib cebrice. "Fluorescentno označene celice glioma smo vsadili v možgane zarodka, ki ima možgane razvite že 24 ur po oploditvi. Nato smo spremljali kako te celice rastejo in potujejo v možganih."

Ribe cebrice za boljše diagnosticiranje rakastih obolenj

Te raziskave, ki jih v okviru Oddelka za genetsko toksikologijo in biologijo raka vodi prof. dr. Tamara Lah Turnšek, so pokazale, da se celice različnih tipov možganskega tumorja, ki pa imajo pri bolnikih enake znake bolezni in posledice, v svojem mikrookolju različno obnašajo: "Odvisno od prisotnosti mezenhimski matičnih celic se ene širijo po možganskem tkivu, druge pa ne."

Močno strokovno obarvane besede prejšnjega odstavka za vse nas pomenijo, da imajo ti rezultati in postavljen model iizjemen pomen za nadaljnje raziskave lastnosti možganskih tumorjev, ki bodo nedvomno privedle do boljših diagnostičnih postopkov in učinkovitejših terapij te (za zdaj še) smrtonosne bolezni.

Posnetek magnetne rezonance, na katerem se vidi možganski tumor. Rib ecebrice so pomagale tudi pri odkrivanju spoznanj o tem bolezenskem stanju. Posnetek magnetne rezonance, na katerem se vidi možganski tumor. Rib ecebrice so pomagale tudi pri odkrivanju spoznanj o tem bolezenskem stanju. Foto: Thinkstock

Ribe cebrice za boljša zdravila in preprečevanje zastrupljanja

Ne le za učinkovitejše zdravljenje rakastih obolenj, ribe cebrice se vse več uporabljajo tudi v farmakologiji, natančneje pri proučevanju terapevtskega delovanja novih zdravil,  ter v toksikologiji za ugotavljanje toksikoloških lastnosti različnih kemikalij.

V toksikologiji so cebrice uporabljali predvsem za ugotavljanje toksičnosti in škodljivosti onesnažil vodnega okolja za ribe, danes pa se zaradi svoje podobnosti z ljudmi uporabljajo tudi za predvidevanje toksičnosti za ljudi ter za proučevanje mehanizmov toksičnega delovanja – tudi s temi raziskavami imajo izkušnje in dobre rezultate tudi v znanstvenem timu dr. Filipič.

"Pri toksikoloških raziskavah cebrice izpostavimo preiskovani kemikaliji in opazujemo vpliv na preživelost, plodnost, razvoj in nastanek različnih patoloških sprememb v različnih organih," pojasnjuje tovrstni znanstveni pristop dr. Filipič. "Test toksičnosti na zarodkih rib cebric je standardiziran test pri katerem oplojena jajčeca izpostavimo testirani kemikaliji in opazujemo različne toksične učinke. Za ugotavljanje na primer teratogenega delovanja izpostavimo oplojena jajčeca preiskovani kemikaliji in nato opazujemo rast in nastanek morfoloških sprememb zarodka v času treh dni."

Ostanki zdravil lahko prizadenejo okolje

Citostatiki so zdravila proti raku, a njihovi ostanki imajo lahko tudi neželene stranske učinke tako na ljudi kot tudi na okolje – kar so na Oddelku za genetsko toksikologijo in biologijo raka kot eni prvih sistematsko raziskovali v okviru Evropskega projekta Cytothreat, ki ga je koordinirala naša sogovornica.

"Citostatiki ustavijo rast rakavih celice tako, da vplivajo na njihov genetski material in procese, ki uravnajo njihovo razmnoževanje. Vendar pa ti učinki niso omejeni le na rakave celice, ker so genetski material kot tudi mehanizmi razmnoževanja celic prek evolucije ohranjeni in so zaradi tega v različnih organizmih podobni. Torej, če so ostanki teh zdravil prisotni v vodnem okolju, je možno, da ogrožajo vodne organizme," opozarja naša sogovornica.

Če so ostanki citostatikov, ki sicer zavirajo rast rakavih celic, prisotni v vodnem okolju, je možno, da ogrožajo vodne organizme," opozarja naša sogovornica. Če so ostanki citostatikov, ki sicer zavirajo rast rakavih celic, prisotni v vodnem okolju, je možno, da ogrožajo vodne organizme," opozarja naša sogovornica. Foto: Ana Kovač

Medicinsko osebje, pozor!

S poskusi na cebricah so pokazali, da nekateri citostatiki pri dolgotrajni izpostavljenosti (cebrice so bile med raziskavami izpostavljene prek cele generacije) povzročijo poškodbe genetskega materiala krvnih celic ter spremembe na ledvicah in jetrih že pri izjemno nizki koncentraciji – deset nanogramov na liter.

S toksikogenomskimi analizami izražanja genov so še pokazali, da ostanki nekaterih citostatikov povzročijo povečano izražanje določenih onkogenov, kar preprosteje povedano kaže na njihovo rakotvorno delovanje.

Ta ugotovitev je pomembna ne le za izostavljene vodne organizme temveč tudi za poklicno izpostavljeno medicinsko osebje saj lahko sklepamo, da dolgotrajna izpostavljenost teh ljudi, četudi zgolj nizkim koncentracijam, povečuje tveganje za nastanek raka.

Ribe cebrice so postale "super modeli"

"Na področju medicinskih raziskav so ribe cebrice postale 'raziskovalni super model', in kot se za supermodel spodobi so prekrile naslovnice najprestižnejših znanstvenih revij kot so Nature, Science in druge v tem rangu," je pogovor sklenila dr. Filipič Ta majhna bitja pomagajo odgovarjati  na številna vprašanja, na katere znanstveniki in človeštvo nasploh še išče odgovore,  zato smo jim prav gotovo lahko zelo hvaležni.

Sorodne vsebine

Komentarji

Pridružite se razpravi!
Za komentar se prijavite tukaj. Strinjam se s pogoji uporabe.

Popularno

Vroči članki

Najbolj brano