Нанотехнологии помогли получить кошку с голубой кожей

Тысячи лет селекции способствовали появлению порядка 200 пород кошек с различными признаками. Высокий спрос на экзотику заставляет ученых и селекционеров искать все более странные мутации, которые впоследствии можно было бы закрепить в популяции и получить новую породу. К сожалению, традиционная селекция способствует закреплению не только желаемых, но и нежелательных признаков, зачастую вредных для здоровья кошки. Поэтому все больше внимания ученые обращают на генную инженерию.

Необычный проект запустили американские ученые — они захотели вывести породу кошек с синей окраской шерсти. Однако информация об исследовании просочилась в прессу еще до окончания работы. Опасаясь преследования защитников животных, исследователи временно переехали в другую страну (название которой не раскрывается ради безопасности ученых). Там-то и развернулись работы по созданию голубой кошки. Финансировала проект Всемирная организация заводчиков экзотических кошек и анонимный инвестор.

Изначально ученые столкнулись с определенными трудностями. Как известно, у млекопитающих есть два пигмента — черный эумеланин и желто-рыжий феомеланин. С их помощью природа «научилась» создавать множество цветов, но не синий. Синие оттенки придают цветам, в частности, антоцианы, но растения и млекопитающие слишком далеки друг от друга, чтобы безопасно экспрессировать антоцианы в клетках кошки. С тем же успехом можно было бы экспрессировать хлорофилл и заставить кошек фотосинтезировать (паттерны поведения кошек как раз хорошо подходят для фотосинтеза).

Тогда ученые обратили внимание на более близких родственников кошек — обезьян мандрилов. Как известно, на лице и на других частях тела мандрилов встречаются участки синей кожи. Получение кошек с синей кожей, а не с синей шерстью, стало бы первым этапом будущей работы. Поэтому дальнейшие исследования проводились на кошках породы сфинкс.

В 2004 году Ричард Прам, профессор факультета экологии и эволюционной биологии Йельского университета и куратор отдела зоологии позвоночных музея Пибоди, вместе с профессором математики Канзасского университета Родольфо Торресом уже выяснили, почему у мандрилов и некоторых других животных кожа имеет синий оттенок. Оказывается, все дело в нанотехнологиях. Точнее, в когерентном рассеянии. Регулярно расположенные наноструктуры в прозрачной или полупрозрачной среде усиливают отражение света в определенном диапазоне длин волн. В данном случае полупрозрачная среда — это кожа, а наноструктуры — волокна коллагена. Исследование выявило квазиупорядоченность коллагеновых волокон в голубой коже приматов и сумчатых.

Но как заставить волокна коллагена кожи кошки формировать упорядоченные структуры? Для решения этого вопроса ученые отобрали образцы кожи мандрила в том месте, где она имеет голубой оттенок, а также в других местах. После этого они секвенировали РНК и выявили дифференциально экспрессируемые гены. Оказалось, что на участках голубой кожи оверэкспрессирован ген COL13A13, по-видимому, имеющий регуляторную функцию. Дальнейшие исследования показали, что белок, кодируемый этим геном, работает как своего рода наномашина, физически взаимодействуя с другими белками коллагенов и упорядочивая их структуру. Большую роль при этом играют белки внеклеточного матрикса.

Первые работы были выполнены in vitro на фибробластах, образующих монослой. На этом этапе удалось изменить оттенок культуры, но полноценного голубого цвета добиться не удалось из-за отличий в структуре кожи и in vitro модели. Тогда исследователи перешли на мышей без шерсти. Оверэкспрессия COL13A13 в коже таких мышей действительно придала ей насыщенный голубой оттенок.

Тогда авторы решили проверить, изменяет ли голубой оттенок свойства кожи. Они повторили эксперимент на мышах, у которых под действием ультрафиолета развивается меланома. Оказалось, что голубая кожа лучше защищена от действия ультрафиолета — у голубых мышей меланома практически не развивалась. Более того, у экспериментальных мышей было меньше морщин, кожа выглядела более гладкий.

На последнем этапе авторы получили голубую кошку. Всего кошке-матери были подсажены два генетически измененных эмбриона, но родился только один котенок с голубым цветом кожи. Генетический анализ показал, что котенок — химера, часть клеток которой была получена от одного эмбриона, а часть — от другого. Анализ экспрессии генов выявил оверэкспрессию гена COL13A13 в коже. Гистологический анализ показал нормальное строение кожи за исключением упорядоченных коллагеновых структур. Сопротивляемость кожи ультрафиолету на этом этапе не изучалась, но котенок выглядел менее морщинистым, чем его собратья той же породы.

В дальнейшем исследователи планируют продолжать эксперимент и получить достаточно котят, чтобы вывести новую породу. В пресс-релизе не было сказано, будут ли авторы продавать котят, но опрос общественного мнения показал, что интерес на рынке экзотических питомцев есть. В конце статьи авторы пишут, что их опыты могут иметь значения в контексте будущих космических миссий, а также в косметологии.