Сибирские ученые измерили жирность кошачьих эмбрионов
Исследователи из Института цитологии и генетики и Института автоматики и электрометрии (оба относятся к Сибирскому отделению РАН и расположены в Новосибирске) опробовали новый способ оценки количества и состояния липидных (жировых) капель в замороженных ооцитах, яйцеклетках и эмбрионах домашних кошек (Felis catus domesticus). В его основе лежит рамановская спектроскопия. Ожидается, что этот же метод можно будет применить и для других млекопитающих. Препринт научной статьи находится на сервере академических публикаций биологической тематики biorXiv.
Криоконсервацию используют для сохранения половых клеток и зародышей многих видов животных. В частности, она помогает увеличить численность редких млекопитающих. Яйцеклетки забирают из яичников самок, замораживают, а затем в течение нескольких лет партиями размораживают некоторое их количество, искусственно оплодотворяют, а получившийся эмбрион подсаживают в матку суррогатной матери (не обязательно того же вида).
Один из способов распространенных способов криоконсервации — изъятие части яйцеклеток или ооцитов (в ходе созревания они превращаются в яйцеклетки) и их заморозка до температуры -100°C и ниже в особом режиме. То же можно проделать и с эмбрионами на самых ранних стадиях развития, пока они еще не прикрепились к стенке матки.
Однако ооциты, яйцеклетки и зародыши при криоконсервации могут погибнуть из-за перестройки липидов, вызванной понижением температуры. В клетке при температуре живого организма липиды образуют капли. При заморозке расположение молекул липидов в таких каплях становится более упорядоченным и близким к структуре твердого тела, что вредит ее органоидам. Чем больше липидов содержит ооцит, яйцеклетка или эмбрион, тем сложнее ему сохранить жизнеспособность после криоконсервации. Существуют способы снизить содержание жировых капель в этих клетках. Однако для их применения желательно заранее знать, сколько в них липидов.
Поэтому сибирские ученые решили разработать метод оценки содержания липидных капель в ооцитах, яйцеклетках и клетках эмбрионов. Также они изучили, как липидные капли «твердеют» по мере понижения температуры. Для этого сотрудники Института цитологии и генетики забирали из ветеринарных клиник Новосибирска яичники и семенники кошек, оставшиеся после стерилизации животных. Из них извлекли сперматозоиды, незрелые ооциты и яйцеклетки. Часть яйцеклеток искусственно оплодотворили для получения эмбрионов.
Полученный материал (кроме сперматозоидов) физики проанализировали на содержание и состояние липидных капель с помощью рамановской спектроскопии. Преимущество этого метода заключается в том, что он позволяет в реальном времени наблюдать за изменением состава живых клеток. Биоматериал охлаждали с -7°C до -40°C со скоростью 0,3 градуса в минуту, затем до -70°C со скоростью 1−2 градуса в минуту, а после до -180°C со скоростью 5−10 градусов в минуту. Перед каждым изменением скорости замораживания охлаждение на некоторое время приостанавливали, чтобы провести спектроскопический анализ липидов в клетках при заданных температурах.
Так было установлено, что по мере охлаждения ряд разновидностей липидов десатурируются — теряют часть атомов водорода и становятся ненасыщенными. В ходе этого процесса некоторые химические связи в этих липидах из одинарных превращаются в двойные, из-за чего геометрия их молекул меняется. В кошачьих эмбрионах на ранних стадиях развития десатурируется около девяти процентов содержимого липидных капель, что в разы больше, чем в эмбрионах мышей или овец, чьи клетки гораздо лучше переносят криоконсервацию. Также ученые определили, что упорядочивание молекул липидов в жировых каплях начинается при охлаждении клеток до -2°C.
Содержание липидных капель в яйцеклетках и клетках зародышей большинства представителей отряда хищных весьма велико, поэтому они часто теряют жизнеспособность после криоконсервации. В то же время многие крупные хищники, такие как тигр или леопард, находятся на грани исчезновения. Поэтому знать липидный состав их половых клеток и эмбрионов и его изменение при криоконсервации особенно важно для эффективного сохранения генетического материала этих животных.