От чего зависит окраска трансгенных (ТГ), (Night Pearl) и (GloFish) аквариумных рыб?
Впервые генетически модифицированные рыбки (трансгенные данио рерио и медака) появились в продаже в 2003 г. сначала на Тайване и в других азиатских странах, затем в США. А в 2005 г. их и в России было уже немало. Официальные производители этих рыб, тайваньская корпорация Тайконг (производит и продаёт флуоресцирующих рыбок Taikong-1 “Diamond Series”, TK-2, ТК-3 под торговой маркой “Night Pearl”) и американская компания Yorktown Technologies LP (продаёт в США рыбок под торговой маркой “GloFish” — образовано из двух английских слов “glow” – излучать и “fish” – рыба). Университет Сингапура объявил о создании люминесцентных золотых рыбок, которые меняют свой цвет в зависимости от температуры воды.
“Diamond Series” включает в себя виды под названием Жемчужина (Emerald Night Pearl), Рубин (Ruby Night Pearl) и Золотая (Golden Night Pearl). Они несут гены зеленого, красного или желтого флуоресцентных белков и имеют яркие узоры на спинном плавнике, и формы лучей хвостового плавника. “Platinum Series” включает в себя виды под названием Платинум Красный Леопард (Platinum Red Leopard) и Платинум Зеленый Леопард (Platinum Green Leopard). . Спрос рождает предложение, а слухи о том, что все поступающие в продажу трансгенные рыбы бесплодны не подтвердились, и вот теперь их успешно разводят в России и на Украине, да и в других странах тоже.
Как получаются ТГ рыбки иных цветов (не красные и не зеленые)? Оранжевых рыбок создали, скрестив ТГ носителей rfp-гена и gfp-гена. У гибридов в мышечной ткани имеет место экспрессия обоих генов (это “дважды трансгенные” рыбы), причем красного белка синтезируется больше, вот мы и воспринимаем их цвет как оранжевый. Одни и те же ТГ рыбки выглядят при дневном освещении и при освещении ультрафиолетом по-разному.
При дневном освещении мы воспринимаем их цвет главным образом посредством отраженных лучей. В этих условиях оранжевая рыбка, цвет которой получен смешением двух красителей (gfp и rfp), выглядит несколько более темной, так как наблюдается эффект вычитательного, или субтрактивного смешивания цветов, поскольку каждый краситель поглощает свою часть спектра. При этом на цвет рыбки оказывают влияние еще и расположенные в коже хроматофоры. То же самое происходит на палитре художника, когда он смешивает краски.
Совсем иначе обстоит дело при освещении рыбок ультрафиолетом. Тут вклад флуоресценции в создание зрительного образа очень велик, поэтому рыбки воспринимаются как самосветящиеся объекты. Оранжевая рыбка выглядит светлее красной и зеленой, так как в её мышцах светятся и rfp (его столько же, сколько в красной рыбе), и gfp (а это еще примерно 15% добавка к свечению). В этом случае происходит аддитивное, или слагательное смешение цветов. При дневном освещении gfp и rfp больше похожи на простые краски и смешиваются также как они, а под ультрафиолетом gfp и rfp начинают флуоресцировать и смешиваются уже как красный и зеленый лучи света.
Флуоресцентные рыбы Данио рерио, были специально выведены с целью обнаружения загрязнителей окружающей среды. Уже более десяти лет, флуоресцентные рыбы использовались учеными по всему миру, чтобы лучше понять важные вопросы в области генетики и молекулярной биологии. В США исходно, светящиеся данио были получены с целью создания живых индикаторов загрязнения — при наличии в воде определённых токсических веществ рыбки должны были изменять окраску.
GloFish являются генномодифицированной формой весьма популярной аквариумной рыбки данио-зебра. В естественном виде эти рыбки имеют чёрный или серебристый цвет. В отличие от них GloFish окрашены в красный, да к тому же испускают лёгкое красноватое свечение, которое наиболее заметно при освещении ультрафиолетом. Такой необычный метаморфоз произошел благодаря введению в ДНК данио-зебра гена красной окраски, заимствованного у морской актинии. Оказалось, что данио рерио как нельзя лучше подходят для экспериментов с GFP- и RFP-трансгенами. Созданы многочисленные чистые генетические линии этих рыб, строго наследующие определенные признаки.
Применительно к рассматриваемой нами теме, данио оказались обладателями еще одной особенности: их эмбрионы быстро развиваются и долгое время остаются почти прозрачными. Да и взрослые рыбы с ослабленной пигментацией в немалой степени сохраняют это свойство. Поэтому, если организм трансгенной рыбы приобретёт способность производить флуоресцентный белок, то свечение легко будет наблюдать даже в том случае, когда экспрессия встроенного в её геном гена будет происходить в тканях, расположенных под кожей и во внутренних органах.
Сходными свойствами обладает и японская рисовая рыбка – медака (Orizias latipes). Тайваньские и японские исследователи много экспериментировали с этим видом. В итоге в настоящее время мы имеем флуоресцирующих и медак, и данио. Но кроме генетически модифицированных данио рерио, медаки, атлантического лосося разводят также ГМ карпов, ГМ форель, ГМ тиляпию, ГМ канальных сомиков, ГМ золотых рыбок. Вслед за данио созданы очередные трансгенные рыбы. На этот раз цихлиды: чернополосая Amatitlania nigrofasciata и скалярия Pterophyllum scalare. И наверняка еще кого-нибудь… Словом, трансгенные аквариумные рыбки это всего лишь вершина айсберга, большая часть которого скрыта от наших глаз.
Сначала из морских медуз (Aequorea victoria) и анемонов (Discosoma sp.) были выделены гены, кодирующие зеленые (green fluorescent protein, или GFP), и красные флюоресцирующие белки (red fluorescent protein, или RFP), а затем ученые научились встраивать эти гены в геном рыб таким образом, что синтез флюоресцирующих белков запускался именно тогда, когда в ходе индивидуального развития эмбрионов данио начинали формироваться те или иные группы мышц. Процесс формирования мышечной системы стало возможным увидеть в красках под флуоресцентным микроскопом. Способность белков светиться под мягким ультрафиолетом позволяла обнаруживать их, и, соответственно, мышечную ткань, в которой они синтезировались, на очень ранних стадиях развития.
Оказалось, что в мышцах рыб эти флюоресцирующие белки синтезируются потом всю жизнь. Они накапливаются в таком количестве, что становятся заметными невооруженным глазом. Рыбка окрашивается в цвет того флуоресцентного белка, который синтезирует и в итоге, по мере взросления, она делается все ярче и ярче! Подрастая, генетически модифицированные данио становятся пронзительно красными или зелеными. В настоящее время подобных генов известно уже около десятка.
Результаты предварительного эксперимента, поставленного проф. Гонгом для выяснения того, какие окраски можно в принципе получить, используя зеленый и красный флуоресцентные белки. Эти белки были экстрагированы из мышц ТГ рыб и смешаны в различных пропорциях. В зависимости от доли того или иного белка в смеси, получаются различные цвета.
Однако общий принцип регуляции известен: нужное количество флуоресцентных белков в мышечной ткани получают, изменяя силу промоторов, то есть их способность обеспечивать экспрессию генов-репортеров. В итоге, одного окрашивающего рыбу белка синтезируется больше, а другого меньше, что обеспечивает получение определенного результирующего цвета. Цвет рыбок, способных синтезировать в своих мышцах красный флюоресцирующий белок, на самом деле может быть очень разным.
В основном это зависит от цвета их кожных покровов, которые частично экранируют световые лучи, отражаемые окрашенной мускулатурой рыб или испускаемые ею при флюоресценции во время освещения синими и ультрафиолетовыми лучами. В настоящее время существует множество цветовых форм обычных немодифицированных данио, так называемых бекграунд линий (background line).
Эти линии были использованы для получения трансгенных данио различных цветовых оттенков. При этом применялись методы классической селекционной работы, а не генной инженерии (гены, ответственные за синтез цветных белков, проявляют себя как доминантные и их наследование происходит согласно классическим законам Менделя).
Есть, к примеру, рыбы альбиносы, которые полностью лишены способности синтезировать черный пигмент (меланин) в своем организме. У них кожа очень светлая и прозрачная, поэтому, если в их геноме окажется ген, ответственный за синтез красного флюоресцирующего белка, то розово-красная окраска мышц будет у них видна очень хорошо. И эти рыбки действительно выглядят максимально ярко. А вот рыбки, окрас кожи которых приближается к дикому типу, заметно темнее, так как зерна меланина экранируют собой цвет мышц.
Следует отметить, что при создании устойчивых линий ТГ рыб разных цветов и оттенков, стабильно передающих свои свойства потомкам, на первый план выходит классическая селекционная работа. Рыб-носителей трансгенов скрещивают с представителями тех или иных чистых генетических линий (background line), а затем кропотливо отбирают потомство с нужными свойствами. Наследование генов, ответственных за синтез gfp и rfp подчиняется законам Менделя, при этом указанные гены ведут себя как доминантные. Цвет рыбок, способных синтезировать в своих мышцах красный флюоресцирующий белок, на самом деле может быть очень разным.
Однако есть и особенные ТГ аквариумные рыбы, способ получения которых держится в тайне, и можно только гадать о том, как они были получены. Это творения корпорации Тайконг – рыбы известные как TK-3 (Candycane). “Фирма-изготовитель” лишь указывает, что рыбы синтезируют gfp и rfp под управлением “актинового” промотра, но как добились такого неестественного распределения флуоресцентных белков?
Согласно одной из гипотез эти рыбки составлены из двух разрезанных пополам ТГ эмбрионов, один из которых обладал gfp-, а другой — rfp-генами. К передней части туловища одного прирастили заднюю другого. Если операцию провести на ранних стадиях развития эмбриона, то успешное сращивание половинок вполне возможно. Словом, это результат виртуозной ручной работы. Недаром в широкой продаже этих ТГ рыб пока нет.
Тайваньские исследователи не удовлетворились “естественной” притягательностью “водных зебр” и решили ее усовершенствовать. В наследственный аппарат популярной во всем мире декоративной рыбки Данио-рерио ученые Тайваньской биотехнологической фирмы Taikong Corporation встроили специфический ген, которым природа наделила лишь некоторых тихоокеанских медуз. Этот ген несет ответственность за синтез белка — люминофора, который в темноте испускает лучи приятного зеленоватого цвета. Сначала целью генных инженеров было облегчить наблюдение за внутренними органами этих полупрозрачных рыбешек.
Но фотографию светящейся зеленоватым призрачным светом рыбки, показанную на научной конференции, увидел представитель компании, занимающейся разведением и продажей аквариумных рыб. По заказу фирмы в геном данио добавили еще ген красного свечения, выделенный из морского коралла. В результате они порадовали аквариумистов новой “забавой” — рыбкой с флуоресцирующим зеленым светом. Трансгенным рыбкам с пересаженным геном медузы было дано поэтическое название “Night Pearl” (Ночная Жемчужина).
Существует некоторая озабоченность по поводу того, что может произойти, если эти генетически измененные рыбы попадут в естественные реки и ручьи. Создатели GloFish утверждают, что они не представляют экологическую угрозу, поскольку не смогут выжить в дикой природе, поскольку они являются тропическими рыбами и им нужна температура воды около 24-26°С.
Давайте сравним, чем отличается естественная окраска рыб, данная природой, от окраски генетически модифицированных данио? Ответив на этот вопрос, можно будет легко понять, были ли волнения защитников окружающей среды относительно возможности попадания трансгенных данио в природные биотопы обоснованными? Легко заметить, что естественная природная окраска рыб зависит от того, как на них падает свет.
Эти рыбы выглядят яркими, только если они освещены фронтально и мы видим их в отраженном свете. В проходящем свете они становятся совсем бледными, а если свет падает на них под разными углами, то рыбки дают яркие блики. Кроме того, природная окраска как бы расчленяет тело рыбок, разбивает его на отдельные фрагменты, сходные с элементами окружающей среды и бликами на поверхности. Такая окраска сформировалась в ходе эволюции неспроста: она выполняет функцию маскировки рыбки от хищников.
Трансгенные же рыбы всегда остаются яркими. Они отлично видны со дна на фоне голубого неба и листвы. А именно снизу атакует свои жертвы большинство водных хищников. Но они отлично видны и сверху и будут легкой добычей хищных птиц. При падении уровня освещения, рыбки природной расцветки сереют и делаются почти незаметными для глаза, а трансгенных рыб с головой выдает флуоресцентная составляющая их окраски. Более того, яркий розово-оранжевый цвет вызывает атаку даже сытого хищника и раздражает не очень-то хищных, но просто достаточно крупных рыб.
Словом, выжить в природе у трансгенных данио нет ни единого шанса — на этот счет можно не волноваться. Следует отметить, что съев трансгенную рыбку, хищник легко ее переварит, точно также как и любую другую свою жертву. Флюоресцирующие белки не токсичны и полностью расщепляются пищеварительными ферментами. Таким образом, от генетически модифицированного данио в природном водоеме вскоре не останется и следа.
Содержание трансгенных флуоресцирующих рыб.
Какие рыбы, окрашиваются человеком в коммерческих целях. 
