Instytut Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego PAN

ul. Pasteura 3, 02-093 Warszawa
http://www.nencki.gov.pl
e-mail: [email protected]
tel.: +48 22 5892000 (centrala)
+48 22 5892491 (sekretariat)
fax: +48 22 8225342
Warszawa, 19 stycznia 2017
Eco-HAB to nowa jakość w badaniach zachowań społecznych gryzoni
Jak mózg kontroluje zachowania społeczne i na czym polegają zaburzenia
neuronalne powodujące ich patologie? Aby lepiej poznać działające tu mechanizmy,
w laboratoriach wykonuje się tysiące testów interakcji społecznych, zwykle
z udziałem myszy. Testy te charakteryzują się niską powtarzalnością wyników,
co znacząco utrudnia dokonywanie kolejnych odkryć. Dlatego w Instytucie
Nenckiego w Warszawie powstał mysi „Wielki Brat”: zautomatyzowany system
Eco-HAB do eksperymentów nad zaburzeniami zachowań społecznych u gryzoni.
Opisany w prestiżowym czasopiśmie „eLIFE”, Eco-HAB jest pierwszym
urządzeniem gwarantującym trafność oceny interakcji społecznych w połączeniu
z wysoką powtarzalnością rezultatów prowadzonych doświadczeń.
Leczenie jest naprawdę skuteczne tylko wtedy, gdy bazuje na pełnym zrozumieniu mechanizmów
odpowiedzialnych za powstanie choroby. W przypadku neuronalnych zaburzeń zachowań
społecznych, charakterystycznych np. dla autyzmu czy fobii społecznej, istotnym źródłem wiedzy
są testy prowadzone na gryzoniach. Testy te mają jednak poważną wadę: naukowcom często nie
udaje się odtworzyć rezultatów otrzymanych w innych laboratoriach. Ten uciążliwy problem został
właśnie rozwiązany. Grupa prof. dr hab. Eweliny Knapskiej z Instytutu Biologii Doświadczalnej im.
M. Nenckiego w Warszawie zademonstrowała Eco-HAB, pierwszy system do badania zachowań
społecznych u myszy gwarantujący wysoką powtarzalność wyników i jednocześnie możliwość
obserwowania tych zachowań społecznych, które są naprawdę istotne. Nowoczesne urządzenie
naśladuje najważniejsze cechy naturalnego środowiska myszy i w zautomatyzowany sposób śledzi
złożone interakcje społeczne między zwierzętami. Eco-HAB wraz z otwartym oprogramowaniem
do analizy wyników i dokładnym opisem, umożliwiającym jego samodzielne skonstruowanie, został
niedawno zaprezentowany na łamach czasopisma „eLIFE”.
„Na rynku od lat są dostępne rozmaite zautomatyzowane systemy do testowania myszy. Żaden nie
pozwala jednak na badanie zaburzeń zachowań społecznych w sposób gwarantujący
powtarzalność wyników. Sytuacja bywała wręcz dramatyczna: nierzadko doświadczeń nie udawało
się odtworzyć nie tylko w innym laboratorium, ale nawet w tym, w którym je pierwotnie wykonano!”,
mówi prof. Knapska.
Przeprowadzenie klasycznych testów zachowań społecznych wymaga wyjęcia myszy z jej klatki
domowej i umieszczenia w aparacie testowym, którego budowa skłania zwierzę do określonych
działań. Najczęściej korzysta się tu z klatki podzielonej na trzy komory: środkową i dwie boczne. W
jednej komorze bocznej umieszcza się bodziec o charakterze społecznym (np. inną mysz), w
drugiej – bodziec niespołeczny (np. klocek). Testowane zwierzę trafia do komory środkowej, gdzie
może samodzielnie decydować, czy zainteresować się bodźcem społecznym, czy niespołecznym.
Myszy testowane klasycznie są narażone na stres eksperymentalny, który zakłóca wyniki badań –
powoduje, że zachowanie zwierząt trudno przewidzieć. Czynnikiem szczególnie stresującym może
być też izolacja od dotychczasowych towarzyszy z klatki domowej. Na wyniki wpływ ma tu nawet
zachowanie zwierzęcia wybranego jako bodziec społeczny. Trudno przecież oczekiwać, żeby
testowana, zestresowana mysz chętnie interesowała się innym podenerwowanym osobnikiem.
Problem oceny stresu doświadczanego przez zwierzęta jest dodatkowo spotęgowany brakiem
jednoznacznych standardów badawczych. Ten sam test wygląda w różnych laboratoriach trochę
inaczej. Ponadto nie ma ogólnie przyjętych norm dotyczących samych procedur badawczych.
Doświadczenia mogą wykonywać eksperymentatorzy różniący się płcią, w różnych warunkach
świetlnych i temperaturowych, a co najważniejsze, różne mogą być sposoby analizy wyników.
„Brak standaryzacji testów behawioralnych to poważny problem, ciężko jednak skatalogować
wszystkie potencjalne czynniki mające niekontrolowany wpływ na zachowanie myszy. Nasz system
postanowiliśmy więc skonstruować tak, aby ograniczyć stres eksperymentalny do minimum.
Staraliśmy się jak najwierniej odtworzyć kluczowe cechy naturalnego środowiska zwierząt, co
pozwoliło na mierzenie zachowań, które są dla myszy całkowicie naturalne i w warunkach
laboratoryjnych wykazywane zupełnie dobrowolnie. A ponieważ sprzęt jest skomputeryzowany i
dane są przetwarzane automatycznie, poprawił się standard życia nie tylko myszy, ale i
naukowców”, mówi dr Alicja Puścian z Instytutu Nenckiego, która zaprojektowała Eco-HAB w
ramach pracy doktorskiej.
Myszy są zwierzętami silnie społecznymi i jednocześnie terytorialnymi. W naturze regularnie
patrolują swoje środowisko, dziennie przemierzając odległości nierzadko przekraczające tysiące
metrów. Aby umożliwić im zarówno interakcje społeczne, jak i swobodne przemieszczanie się,
Eco-HAB skonstruowano z elementów imitujących nory połączone podziemnymi korytarzami. W
czasie jednego eksperymentu system zasiedla kilkanaście myszy, co daje możliwość obserwacji
złożonych interakcji społecznych między konkretnymi osobnikami.
Eco-HAB umożliwia także ocenę zainteresowania myszy nowymi bodźcami społecznymi. Brak
chęci poznawania nowych osób to jeden z głównych objawów autyzmu, dlatego możliwość oceny
takich zachowań w mysich modelach zaburzeń społecznych jest bardzo istotna. Trzeba jednak
pamiętać, że gryzonie okazują zainteresowanie nowością inaczej niż ludzie.
„Dla myszy zmysłem dominującym jest węch. Dlatego jako bodźca społecznego używamy nie
innej, nieznanej myszy, ale jej zapachu. W warunkach naturalnych obce myszy, zwłaszcza samce,
będą się unikać, by uniknąć potencjalnej agresji. Jednak zawsze będą zainteresowane wonią
drugiego osobnika. Podobnie jak psy, myszy zapoznają się poprzez zostawiane przez siebie ślady
zapachowe”, wyjaśnia dr Puścian.
Za śledzenie myszy w systemie Eco-HAB odpowiadają czujniki RFID rejestrujące mikrochipy
wszczepione pod skórę zwierząt, podobne do używanych standardowo przez weterynarzy do
znakowania psów i kotów. Oprogramowanie w języku Python zapisuje przemieszczanie się myszy i
dokonuje odpowiednich analiz ich zachowania społecznego. Miary zachowania zostały dobrane
tak, by gwarantować jak największą powtarzalność wyników.
Eco-HAB umożliwia nieinwazyjną i wiarygodną analizę wielu rodzajów zachowań społecznych. Za
jego pomocą można nie tylko stwierdzić, czy myszy interesują się konkretnym bodźcem
społecznym lub jak dużo czasu spędzają razem, ale nawet ustalić, czy jakieś pary podążają za
sobą lub się unikają. W celu standaryzacji systemu przetestowano go w różnych laboratoriach i na
różnych modelach zwierzęcych.
„W naszej publikacji udostępniamy pełną dokumentację systemu Eco-HAB: wymiary elementów,
wykaz użytych materiałów, schematy elektroniczne, a także kod źródłowy oprogramowania. Każdy
zainteresowany naukowiec może zbudować system u siebie, dopasować software do swoich
potrzeb i przeprowadzić eksperyment, którego wyniki będzie można zweryfikować w innych
laboratoriach”, mówi prof. Knapska i podkreśla, że zaletą przyrządu jest także jego cena: całkowity
koszt budowy nie przekracza 2 tys. euro, co w przypadku sprzętu do badań nad zachowaniem
zwierząt można uznać za wartość bardzo przystępną.
Grupa naukowców kierowana przez prof. Knapską wraz z zespołem dr Grzegorza Kasprowicza z
Wydziału Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechniki Warszawskiej, finansowana z grantu
SYMFONIA Narodowego Centrum Nauki oraz polsko-szwajcarskiego grantu Swiss Contribution,
pracuje obecnie nad zaawansowaną wersją aparatu Eco-HAB, zgłoszoną do opatentowania.
Instytut Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego Polskiej Akademii Nauk, utworzony w 1918 roku, jest największym nieuniwersyteckim
ośrodkiem badań biologicznych w Polsce. Do priorytetowych dziedzin podejmowanych w Instytucie należą: neurobiologia,
neurofizjologia, biologia i biochemia komórkowa oraz biologia molekularna – w skalach złożoności od organizmów tkankowych przez
organelle komórkowe do białek i genów. W Instytucie działa 40 laboratoriów, m.in. nowoczesnej Mikroskopii Konfokalnej, Cytometrii
Przepływowej i Skaningowej, Mikroskopii Elektronowej, Testów Behawioralnych i Elektrofizjologii. Instytut dysponuje nowoczesną
aparaturą badawczą i zmodernizowaną zwierzętarnią, pozwalającą na hodowlę zwierząt laboratoryjnych, także transgenicznych, według
najwyższych standardów. Poziom prac eksperymentalnych, publikacje i silne związki z nauką światową plasują Instytut wśród
wiodących placówek biologicznych Europy.
PUBLIKACJE NAUKOWE:
1.
„Eco-HAB as a fully automated and ecologically relevant assessment of social impairments in mouse models of autism”
A. Puścian, Sz. Łęski, G. Kasprowicz, M. Winiarski, J. Borowska, T. Nikolaev, P. M. Boguszewski, H-P. Lipp, E. Knapska
eLIFE 2016;5:e19532; DOI: 10.7554/eLife.19532
KONTAKTY:
dr hab. Ewelina Knapska, prof. nadzw.
Instytut Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego PAN w Warszawie
tel. +48 22 5892370
email: [email protected]
dr Alicja Puścian
Instytut Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego PAN w Warszawie
tel. +48 22 5892105
email: [email protected]
POWIĄZANE STRONY WWW:
http://www.nencki.gov.pl/
Strona Instytutu Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego PAN w Warszawie.
http://press.nencki.gov.pl/
Serwis prasowy Instytutu Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego PAN w Warszawie.
MATERIAŁY GRAFICZNE:
Nencki170119b_fot01s.jpg
HR: http://press.nencki.gov.pl/wp-content/uploads/2017/01/Nencki170119b_fot01.jpg
W Instytucie Nenckiego w Warszawie powstał mysi „Wielki Brat”: zautomatyzowany system Eco-HAB do eksperymentów nad
zaburzeniami zachowań społecznych u gryzoni. (Źródło: Instytut Nenckiego)
Nencki170119b_fot02s.jpg
HR: http://press.nencki.gov.pl/wp-content/uploads/2017/01/Nencki170119b_fot02.jpg
Eco-HAB naśladuje najważniejsze cechy naturalnego środowiska myszy i sam śledzi złożone interakcje społeczne między zwierzętami.
(Źródło: Instytut Nenckiego)
Nencki170119b_fot03s.jpg
HR: http://press.nencki.gov.pl/wp-content/uploads/2017/01/Nencki170119b_fot03.jpg
W systemie Eco-HAB jako bodźca społecznego używa się zapachu innej myszy. (Źródło: Instytut Nenckiego)