Почему мокрые собаки отряхиваются досуха? У неврологии есть ответ

Понимание того, как млекопитающие реагируют на прикосновения к шерсти, может вдохновить на дальнейшие исследования чувствительности кожи.

Когда собака отряхивается от воды, это не просто случайное движение, она не стремится обрызгать окружающих. Это инстинктивный рефлекс, который характерен для многих пушистых млекопитающих, включая мышей, кошек, белок, львов, тигров и медведей. Это движение помогает животным избавиться от воды, насекомых или других раздражителей, которые могут попасть в труднодоступные места. Однако за этой удивительной способностью скрывается сложный и ранее неизвестный механизм.
Теперь исследователи смогли определить нейронную цепь, которая активирует поведение, характерное для «мокрых собак» — мыши начинают дрожать. Обнаруженный механизм включает в себя определенный класс сенсорных рецепторов и нейроны, соединяющие спинной мозг с головным. Результаты этого исследования опубликованы в журнале Science 7 ноября.
«Система осязания настолько сложна и многогранна, что способна различить каплю воды от ползущего насекомого или нежное прикосновение любимого человека, — говорит Кара Маршалл, нейробиолог из Медицинского колледжа Бейлора в Хьюстоне, штат Техас. — Удивительно, что можно связать очень специфическое подмножество осязательных рецепторов с этим знакомым и понятным поведением».
Чувствительная кожа
Волосистая кожа млекопитающих включает более 12 типов сенсорных нейронов, каждый из которых обладает уникальными способностями к восприятию и интерпретации различных ощущений. Давэй Чжан, нейробиолог из Гарвардской медицинской школы в Бостоне, штат Массачусетс, и его коллеги сосредоточили свое внимание на сверхчувствительных рецепторах, реагирующих на прикосновение. Эти рецепторы, известные как низкопороговые механорецепторы С-волокон (C-LTMRs), расположены вокруг волосяных фолликулов.
У людей эти рецепторы вызывают приятные тактильные ощущения, такие как мягкие объятия или успокаивающее поглаживание. Однако у мышей и других животных они играют защитную роль, предупреждая о наличии посторонних веществ на коже, будь то вода, грязь или паразиты. Когда эти раздражители заставляют волоски на коже сгибаться, они активируют C-LTMR, что, по словам Маршалла, «расширяет чувствительность кожи за пределы ее поверхности».
Чтобы воспроизвести у лабораторных мышей реакцию, похожую на поведение мокрых собак, исследователи наносили капли подсолнечного масла на заднюю часть шеи животных. Почти все мыши стряхивали эти капли в течение десяти секунд. Затем команда генетически модифицировала некоторых из этих мышей, удалив большую часть C-LTMR. У этих модифицированных мышей количество встряхиваний при попадании капель масла на шею уменьшилось на 50% по сравнению с контрольными мышами, которые не были модифицированы.
Исследователи также задались целью понять, как сигналы от C-LTMR проходят через нервную систему, чтобы вызвать дрожь у мокрой собаки. Они проследили путь к группе нейронов в спинном мозге, которая связана с парабрахиальным ядром — областью мозга, отвечающей за обработку болевых, температурных и тактильных ощущений.
Используя оптогенетику — метод, позволяющий управлять нейронами, — исследователи смогли блокировать активность нейронов спинного мозга. У мышей, которым заблокировали активность нейронов, тряска уменьшилась на 58% по сравнению с контрольными мышами. Блокировка активности в парабрахиальном ядре дала аналогичные результаты. При этом мыши продолжали чесаться, вылизываться и нормально двигаться, что свидетельствует о том, что эта нейронная цепь характерна только для тряски у мокрых собак.
Специализированная схема
Полученные данные открывают новые горизонты для будущих исследований. «Мокрая собачья дрожь — это высококоординированная двигательная реакция», — объясняет Томас Кнёпфель, нейробиолог из Баптистского университета Гонконга в Коулун-Тонге. Он полагает, что данное исследование может стать отправной точкой для понимания того, как мозг посылает команды для управления движениями.
Кнёпфель отмечает, что «мокрая собачья дрожь» наблюдается у многих животных, находящихся под воздействием психоделических препаратов. Реакция на эти вещества связана с серотониновыми рецепторами, которые также играют важную роль в получении удовольствия от прикосновений. «Это вдохновляет на новые работы, которые свяжут эти две области», — добавляет он.
Чжан предполагает, что в будущих исследованиях можно будет проверить, связаны ли гиперактивные C-LTMR с такими состояниями, как синдром дёргающейся кожи у кошек, который характеризуется внезапной рябью на коже и частыми подергиваниями, или с другими формами повышенной чувствительности кожи у людей.
doi: https://doi.org/10.1038/d41586-024-03657-y

Как наука дошла до собак (и кошек)

Как наука дошла до собак (и кошек)


14 июля 2004 года Национальный институт здравоохранения объявил, что просеквенирован первый геном собаки – боксер по имени Таша. За прошедшие с тех пор 20 лет генетики прониклись любовью к нашим четвероногим друзьям и секвенировали геномы тысяч и тысяч собак, в том числе породистых, помесных, хорошо обученных служебных собак, деревенских собак, живущих на свободном выгуле, и даже останки древних собак.
Исследования в области собачьего интеллекта и поведения тоже набирают обороты. Теперь постеры с собаками занимают половину конференции по поведению животных. Теперь мы начинаем замечать, что и исследования кошек следуют той же тенденции.
Всего несколько десятилетий назад многие исследователи считали домашних животных несерьёзными объектами изучения, а сегодня исследования домашних животных в моде. Ученые по всему миру изучают тела и разум кошек и собак в надежде узнать больше о том, как они проникли в нашу жизнь, как они воспринимают мир и как продлить их жизнь в этом мире. По мнению некоторых экспертов, этот сдвиг давно назрел.

Проекты для домашних животных
Для генетиков собаки и кошки — крайне интересные объекты изучения, учитывая их долгую и тесную связь с людьми и их подверженность многим из тех же болезней, от рака до диабета.
Собаки были особенно привлекательной мишенью. Интенсивный отбор, проводимый человеком, особенно в последние несколько столетий, привёл к появлению невероятно разнообразной коллекции собак, от чихуахуа до немецких догов, и сотен репродуктивно изолированных пород, которые часто страдают от высокого уровня заболеваемости.
В 2000-х годах учёные выявили генетические основы различных особенностей собак, в том числе кудрявую шерсть и купированные хвосты. Они выявили мутации, которые могли объяснить, почему белые боксёры склонны к глухоте. И они обнаружили, что корги, бассет-хаунды и таксы обязаны своими короткими лапами генетической аномалии в семействе генов, которые также регулируют развитие костей у людей.
Эти ранние исследования показали потенциал исследований, но для по-настоящему впечатляющих результатов нужны были крупные выборки данных. Поэтому исследователи начали создавать крупные проекты с участием граждан, собирая образцы ДНК и данные о собаках по всей территории Соединённых Штатов.
Владельцы домашних животных приняли вызов. В рамках исследования продолжительности жизни золотистых ретриверов, которое началось в 2012 году, более чем за 3000 собак наблюдали в течение 10 лет, чтобы выявить генетические и экологические факторы риска развития рака, который особенно часто встречается у представителей этой породы.
С 2019 года в проекте «Старение собак», долгосрочном исследовании здоровья и продолжительности жизни, приняли участие почти 50 000 собак.
В проекте доктора Карлссон «Собаки Дарвина» задействовано 44 000 собак, и их число продолжает расти (у примерно 4000 из них секвенированы геномы). Исследователи изучают эти данные в поисках информации о раке костей, компульсивном поведении и других особенностях. Среди первых результатов: хотя многие поведенческие черты, такие как общительность и обучаемость, наследуются, они широко распространены среди собак, и порода плохо предсказывает характер конкретной собаки.
Этой весной доктор Карлссон представила долгожданное дополнение: «Кошки Дарвина». «Я большая любительница кошек — у меня никогда не было собаки», — сказала она. Позже в электронном письме она добавила: «Мне бы хотелось узнать, влияет ли генетика на то, что «кошка спит у вас на голове».

Движущие силы данных
Эти проекты стали возможны благодаря тому, что секвенирование генома стало быстрее и доступнее. Но «огромный энтузиазм» владельцев домашних животных сыграл ключевую роль, по словам доктора Острандера, который сейчас руководит проектом Dog10K, направленным на создание всеобъемлющего глобального каталога генетического разнообразия собак.
Сегодня владельцы собак больше знают о генетике и очень заинтересованы в участии в исследованиях. Люди тратят огромное количество времени и денег на здоровье и уход за собаками. Генетики стремятся понять, как сделать так, чтобы они жили как можно лучше.
Индустрия здравоохранения для домашних животных процветает и генерирует собственные данные. В компании Nationwide, которая предоставляет медицинское страхование для домашних животных, команда ветеринарных аналитиков изучает миллионы заявок, чтобы задокументировать проблемы со здоровьем, распространённые среди собак и кошек разных пород, размеров и возрастов. Компания Mars Petcare, владеющая несколькими ветеринарными сетями, надеется привлечь 20 000 пациентов-собак и кошек для предоставления биологических образцов в биобанк домашних животных.
Исследование также может помочь в развитии медицины для людей. Конечно, у собак и кошек много общих с нами генов, но они также живут в наших домах. «Они не мыши, живущие в клетке», — сказала доктор Келли Дил, ветеринар, которая руководит научной коммуникацией в Фонде Морриса по защите животных, проводящем исследование с участием золотистых ретриверов.
Это делает домашних животных хорошей моделью для изучения влияния окружающей среды и образа жизни на здоровье. Например, одна группа исследователей, изучающих золотистых ретриверов, ищет связь между загрязняющими веществами и лимфомой. Предварительные результаты проекта «Старение собак» показывают, что собаки, ведущие активный образ жизни, подвержены меньшему риску «собачьей деменции» и что жизнь в социальной среде, например в доме, где есть другие домашние животные, может быть полезна для здоровья собак.
«Главный вопрос заключается в следующем: какие биологические, экологические и образ жизни факторы влияют на здоровое старение собак?» — сказал Дэниел Промислоу, биогеронтолог из Вашингтонского университета и соруководитель проекта. — «Это фундаментальный вопрос и для людей».

Собачьи дни психологии
Несколько десятилетий назад учёные, стремившиеся понять разум животных, обычно изучали диких существ с большим мозгом, таких как человекообразные обезьяны и китообразные, или лабораторных животных, таких как грызуны и птицы. Те животные, которые дремали на наших диванах? «Люди на самом деле не воспринимали собак как настоящих животных, — сказал доктор Горовиц, исследователь когнитивных способностей собак в Барнард-колледже. — Потому что они были в наших домах и были одомашнены — они были настолько изменёнными, что не представляли интереса».
Но в конце 1990-х — начале 2000-х годов две исследовательские группы сообщили, что собаки способны интерпретировать человеческие сигналы, успешно следуя за жестами и взглядами людей, чтобы найти спрятанную еду. В этих задачах они превзошли волков, выращенных людьми, и даже, в некоторых случаях, человекообразных обезьян. Исследования показали, что собаки обладают сложными формами социального познания, и учёные заинтересовались этим.
Дополнительные исследования, добавили деталей и нюансов к этим ранним работам, подчеркнув как возможности, так и ограничения собачьего разума. Данные в целом подтверждают, что собаки хорошо справляются с социальными задачами и тонко реагируют на сигналы человека. Но наука также показывает, что мы иногда слишком охотно проецируем свой собственный опыт на собак.
Когда собаки демонстрируют то, что многие люди называют «виноватым взглядом», — отводят глаза и, возможно, отворачиваются от своих хозяев, — они, вероятно, реагируют на ругань, а не испытывают сожаление из-за проступка.
В рамках проекта ManyDogs учёные в лабораториях по всему миру сейчас работают над «стресс-тестированием» некоторых ключевых открытий в области когнитивных способностей собак. «Если у нас есть важные результаты, мы считаем, что должны иметь возможность воспроизвести их в лабораториях по всему миру.

Кошки, поймай сколько сможешь
До недавнего времени учёные мало интересовались социальным поведением кошек, которые не произошли от высоко социальных животных и часто считались отстранёнными. Но новые исследования показывают, что некоторые кошки, по крайней мере, обладают развитой социальной проницательностью, в том числе способностью улавливать человеческие эмоции и следить за взглядом человека.
Один из вопросов заключается в том, как кошки приобретают эти способности. Понимают ли они человеческие эмоции и следуют ли за людьми только в том случае, если они с раннего возраста общались с людьми. Нужно ли их воспитывать вместе с однопометниками?
Возможно, наше восприятие кошек как независимых (а иногда и упрямых) животных является самоисполняющимся пророчеством, — говорят ученые. Котятам обычно не дают тех же возможностей для социализации и дрессировки, что и щенкам. Возможно, эти возможности помогли бы кошкам продемонстрировать всё, на что они способны.
Собаки и кошки стали чрезвычайно успешными в освоении человеческого мира, но для углубления наших отношений с ними может потребоваться понять их с их точки зрения.
У наших питомцев есть свои стремления, желания, потребности и способы восприятия мира, и это настоящее чудо, что их способ восприятия мира, особенно социального мира, и наш способ восприятия мира могут объединиться в это действительно прекрасное партнёрство.

Эмили Антес
Перевод материала NY Times от 30 июня 2024 г.

Наследственные заболевания животных

На сегодняшний день известно около 900 наследственных заболеваний собак и около 200 — кошек. Многие из них хорошо охарактеризованы: от клинических признаков до причины развития — мутаций. Разработаны точные диагностические инструменты для выявления больных животных, а также носителей мутантного варианта гена. Для некоторых из них могут быть предложены специальные методы лечения, а генетическое консультирование клиентов-заводчиков может улучшить здоровье домашних животных в будущих поколениях.

Генетические патологии — что это?

Генная терапия подразумевает лечение широкого спектра генетических заболеваний. Некоторые из них проявляются при рождении, а некоторые диагностируются позже. Гены состоят из ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) она содержит инструкции уникальных признаков живых организмов.

В свою очередь, генетические заболевания возникают, когда последовательность ДНК меняется — возникают мутации. Из-за них меняется структура или активность белка, ведь изменилась последовательность гена, который его кодирует. Именно это и приводит к изменению функционального состояния организма.

В основе каждой генетической патологии лежит конкретное изменение в геноме. Некоторые генетические патологии — наследственные, они наблюдаются не только в геноме соматических клеток, но и гамет — половых клеток. С другой стороны, есть генетические патологии не передающиеся по наследству, они развиваются из-за мутаций в соматических клетках и могут возникать в любом возрасте.
Причины генетических заболеваний
Мутации, приводящие к развитию патологии могут быть случайными или индуцированными, то есть какой-то внешний фактор привел к их появлению. К факторам, способным вызвать мутации относятся:
● химические — попадание в организм канцерогенного вещества или токсина;
● физические — излучение, например радиация;
● биологические — воздействие патогенного организма на геном.

Типы мутаций
Если мутация в одном гене привела к развитию патологии, то такую болезнь называют моногенной. Мутации в нескольких генах могут приводить к мульти- или многофакторным патологиям. При классификации по типу мутации различают:

● геномные — происходит изменение числа хромосом;
● хромосомные аберрации — происходят внутри- и межхромосомные перестройки. Части кода могут дублироваться или “выпадать” из хромосомы, или переворачиваться на 180 градусов, или перемещаться между хромосомами;
● генные мутации — приводят к замене одного нуклеотида, что может стать причиной изменения структуры белка и последующим переменам в его активности, или и вовсе к остановке синтеза;
● митохондриальные — мутация возникает к последовательности митохондриальной ДНК и передается по женской линии.

Диагностика генетических патологий
Диагностика, как и в случае с человеческими патологиями начинается с описания симптомов и составления семейной истории заболевания, если это возможно. После оценки клинической картины и рисков ставится предварительный диагноз, который должен быть подтвержден на основе лабораторных анализов.

В случае генетических патологий, причина болезни кроется в изменении генетического кода, значит необходимо найти ген, в котором произошло изменение. Для этого используется ряд стандартных методик, чаще всего это ПЦР или секвенирование.

Во время теста ПЦР небольшое количество генетического материала в образце копируется несколько раз. Процесс копирования известен как амплификация. Есть последовательности, характерные для конкретной патологии, и амплификация помогает ее обнаружить. В свою очередь, секвенирование позволяет выявить мутантный ген, который ответственен за развитие патологии и узнать его точную последовательность.

Помимо выяснения причин уже имеющегося заболевания можно предусмотреть риск его развития у потомства животных и провести генетический скрининг у будущих родителей. Если выясняется, что собака — носитель рецессивной мутации, то ее обязательно сводят только с носителем доминантного (здорового) аллеля, тогда удается избежать развития патологии у потомства. Некоторые исследователи считают, что до 90% случаев генетических патологий можно вывести из популяций животных, если проводить тестирование перед скрещиванием и избегать попадания в одну пару двух носителей болезни в рецессивной форме.

Лечение и профилактика генетических заболеваний
Лечение генетических заболеваний зависит от вида и тяжести заболевания. Хотя их нельзя обратить вспять, различные методы помогают лучше справиться с этим состоянием. К методам терапии относятся лекарства, химиотерапия, переливание крови, трансплантация органов, лучевая терапия и хирургия. Есть патологии при которых необходимо соблюдать определенную диету или, например избегать физических нагрузок.

Развивается и генная терапия. При помощи методов редактирования генома, например CRISPR-Cas, ученые могут “чинить” ген, то есть менять последовательность с мутацией, ставшей причиной болезни, на нормальную. Пока что эти методы по большей части являются только экспериментальными и не используются в клинической практики в ветеринарии. Однако, такой способ лечения — это реальное будущее, которого необходимо достичь.

Автор текста: Элина Стоянова

Ученые изучают геном собак, чтобы найти способы победить человеческие болезни

Домашняя собака — результат одомашнивания волка, которое началось около 10 000 лет назад. Ученые из британского The Genome Analysis Centre (TGAC) установили, что некодирующая часть РНК генома собаки может служить важной моделью в изучении болезней человека. Используя последние данные последовательности генома собаки, ученые обнаружили 91 новую микроРНК. Эти новые данные помогут разобраться в основе многих биологических процессов, в том числе природе некоторых патологий и процессе эволюции одомашненных животных.

С начала одомашнивания волка было искусственно отобраны сотни пород собак, что стало причиной высокой поведенческой и морфологической изменчивости. Стоит вспомнить крупных водолазов и крохотных чихуахуа. Проживая бок о бок с человеком собаки подвергались воздействию сходных патогенов и, следовательно, могут служить отличной моделью для исследования их воздействия на человека.

Источник: “Dog Genome Studies Provide Insights on Human Diseases” / Genetic Engineering and Biotechnology News, 2016. URL: https://www.genengnews.com/

Автор текста: Элина Стоянова