Обитание в природе
Данио рерио распространен в водоемах Юго-Восточной Азии. Самая многочисленная популяция обитает в Индии, Пакистане и Бангладеш. На территории Бутана и Мьянмы данио встречаются реже. Есть сведения о существовании небольших популяций в реках и ручьях США.
Данио рерио могут жить как в естественных, так и в искусственных водоемах: реках, каналах, прудах и ручьях. Этот вид меняет места обитания в зависимости от погодных условий. Во время сезона дождей взрослые особи заселяют лужи и рисовые поля: там они размножаются и питаются. По окончании сезона данио возвращаются в реки.
Описание
Данио рерио — аквариумная рыба с вытянутым, бледно-желтым телом, вдоль которого тянутся ярко-синие полосы. Темные полосы чередуются с желтоватыми, что делает рыбу похожей на зебру. Благодаря удлиненному телу и характерным полоскам вид получил прозвище «дамский чулок». Анальный и спинной плавники также украшают полоски, спинной и грудной остаются прозрачными. Рот расположен достаточно высоко: это объясняется тем, что рыбы получают корм на поверхности. В неволе данио вырастают до 3-4 см, в исключительных случаях — до 6.
Интересный факт: данио-рерио — первая рыба, в геном которой «вживили» биолюминисцентные гены. Такие «мутанты» отличаются ярким окрасом. Наиболее полно цвет раскрывается под ультрафиолетовым излучением. Люминесцентные рыбки — запатентованный вид. Они называются ГлоФиш и имеют разнообразную палитру окрасов: оранжевый, желтый, зеленый, коралловый. В некоторых странах они запрещены к продаже и разведению: безопасность генных модификаций вызывает сомнения. Вместе с тем, негативных последствий замечено не было.
Социальное поведение
Активная мирная рыбка, отличается миролюбивым темпераментом, никогда не проявляет агрессии по отношению к другим видам. Совместное содержание возможно с другими видами Данио, а также с некоторыми небольшими (не более 5–6 см.) мирными видами. Стоит быть осторожным с выбором медлительных рыб, излишняя активность Данио Рерио может негативно сказаться на их самочувствии. Обязательное содержание в стае не менее 5 особей, при одиночном или парном содержании рыба становится вялой, подверженной различным заболеваниям.
Содержание и уход
Данио рерио — одни из самых неприхотливых рыб. Они не нуждаются в больших объемах воды и устойчивы к изменению температуры. Эти рыбы прекрасно подойдут новичкам. Несмотря на то, что данио могут жить в «спартанских» условиях, они требуют правильного ухода. От этого будут зависеть качество и продолжительность жизни.
Минимальный объем аквариума
Данио рерио — стайные рыбки, поэтому их содержат группами от 5 особей. Для такой стайки будет достаточно 30 л воды. В среднем, на одну рыбу должно приходиться 5 л. При выборе аквариума нужно опираться на длину, а не высоту банки. Данио очень подвижны, поэтому им нужен простор. Аквариум должен быть оборудован крышкой: рыбки склонны к «побегам».
Параметры воды
Чтобы подопечные были здоровы, хозяин должен позаботиться о комфортном составе воды. Данио хорошо себя чувствуют при:
- Температуре от 18 до 26°С;
- Кислотности от 6,6 до 7,4 pH;
- Жесткости до 15°.
Чтобы избежать развития инфекции, нужно еженедельно заменять 1/5 часть воды и очищать грунт сифоном.
Оформление аквариума
Данио рерио находятся в постоянном движении, поэтому нужно обеспечить им свободное плавание. Не стоит загромождать центр аквариума растениями и декором. Рыбки обожают играть в догонялки, поэтому зелень высаживают вдоль задней стенки. Предпочтительны длиннолистные виды: валлиснерия, саггитария, мириофиллум. При желании, можно добавить плавучих растений. Главное, чтобы они не стесняли движений. Обилие зелени требует хорошего освещения.
В качестве грунта можно использовать мелкую гальку, песок и гранитный щебень. Чтобы данио смотрелись эффектно, лучше выбирать темный субстрат.
Как известно, подвижные рыбки потребляют большое количество кислорода, поэтому нужно обеспечить их аэратором. Данио обожают течение, и будут резвиться в пузырьках воздуха. Не менее важна система фильтрации и обогрев в холодное время года.
Двенадцать модельных организмов
Привет! Меня зовут Сергей Мошковский. Дорогая редакция «Биомолекулы», выпустив настенный календарь о модельных организмах на 2021 год, заказала было мне лонгрид, который должен был, как суровый конвой, сопровождать календарь на сайте. Минутная слабость — сколько их было в жизни! — и я уже соглашаюсь. Но как писать? Ведь о каждой модельной скотинке, нарисованной на календаре, — как и о нескольких десятках не поместившихся туда, — написаны тома научной и даже популярной литературы. Придется писать не по-журналистски, из головы — как бы не вышло чего-то вроде поэмы «Москва — Петушки», где вместо станций — модельные организмы. Я и еще несколько авторов представляем вам на суд собранье пестрых глав — они будут выходить в течение всего 2021 года. Читатель, прости! Ты знаешь, кого за это винить!
Первая рыбка — моя! — Зебрафиш, или дамский чулок — Скоростное развитие — Рыбка лечит человека — Но у нее же нет легких!
Несмотря на многообразие костных рыб, больше двухсот лет основной биологической моделью из этой группы была знакомая многим золотая рыбка — одомашненная разновидность золотого карася (Carassius auratus). Она помогла сделать важные открытия в области биологии развития и иммунологии. На поле модельных рыбок были и есть и другие игроки, причем из разных отрядов лучеперых рыб. Среди них японская оризия, или медака, (Oryzias latipes) из отряда сарганообразные , трехиглая колюшка (Gasterosteus aculeatus) из скорпенообразных, зеленый меченосец (Xiphophorus hellerii) из карпозубообразных и прочие [1]. В 1960 году американский исследователь Джордж Стрейзингер, страстный поклонник тропических рыбок, выбрал новый объект для своих работ по изучению эмбрионального развития позвоночных [2]. Им оказалась обычная обитательница многих любительских аквариумов — рыбка данио рерио (Danio rerio), которая за свой полосатый окрас на английском называется zebrafish. Вообще с названиями на русском языке у этой рыбки дела не очень. Общепринятого названия у нее, похоже, так и не возникло. «Данио» и «данио рерио» звучат благозвучно, копируя латынь. На заре отечественной аквариумистики любители пытались придумать рыбке русское название. Получилось так себе — «дамский чулок». Наконец, в новейшей истории исследователи иногда называют этих рыбок неуклюжей калькой с английского — «зебрафиш» — и даже «зебраданио» по одному из вариантов латинского названия рода.
Самый известный нам представитель этого отряда — сайра, имеющая большое промысловое значение.
Новая экспериментальная модель далеко не сразу привлекла других исследователей, но сейчас, из-за нескольких удобных особенностей, о которых мы расскажем дальше, данио — одно из самых распространенных модельных животных. С помощью этих рыб исследуют развитие позвоночных, их иммунитет, физиологию, а также воздействие на эмбрионы и взрослых животных токсинов и лекарственных средств. Рыбки участвуют в опытах по исследованию поведенческих реакций в разных обстоятельствах. И, конечно, данио — прекрасный объект для генетических исследований, которые занимают особое место в жизни одного из соавторов этого материала.
Как же данио рерио освоил почти все ниши экспериментальной биологии? Причина в исключительном удобстве содержания и наблюдения за этими рыбами. Развитие данио от икринки (яйца) до малька (эмбриона) занимает всего три дня. С относительно большими и прозрачными эмбрионами легко производить манипуляции. Взрослые особи небольшие — помещаются в спичечный коробок — и неприхотливы к условиям содержания. У данио высокая репродуктивная способность [3] — при оптимальных условиях они способны выметать до трехсот икринок в неделю! Представьте, что вы работаете над кандидатской диссертацией, где в качестве модели нужно использовать позвоночных. И уже за первый год работы у вас есть шансы получить данные на сотнях и даже тысячах особей, тогда как ваш коллега из соседней лаборатории только получил нужную линию мышей и приступил к экспериментам!
Это, конечно, шутка. Любой модельный организм в чем-то уникален и приспособлен в науке для своих целей.
Более широкое применение по сравнению с другими модельными видами рыб данио получили за счет возможности масштабирования экспериментов с ними путем высокопроизводительного анализа. Коммерческие компании предлагают готовые решения по размещению аквариумов с различными вариантами автоматизации [4], и это позволяет небольшой группе исследователей работать сразу с тысячами организмов (рис. 1).
Рисунок 1. Аквариумная система одной из лабораторий, работающих с данио рерио. В каждом аквариуме (танке) могут содержаться от десятков до сотен рыбок.
В 2003 году, вскоре после обнародования генома человека, был получен первый вариант генома данио рерио. Затем стартовал проект, в котором по очереди выключали («нокаутировали») все белок-кодирующие гены рыбы и определяли фенотипы полученных мутантов [5]. Например, данио в норме способны к регенерации желудочков сердца после их частичного удаления. Инактивирующие мутации в гене ttk, кодирующем фермент киназу Mps1, один из регуляторов клеточного цикла, приводят к потере такой сверхспособности [6]. А ведь сходный ген есть и у человека, и он тоже участвует в регенерации, правда, мы к ней способны гораздо меньше, чем рыбки.
Позднее исследователи обнаружили в геноме данио более 150 генов, кодирующих микроРНК [7], общих для всех известных позвоночных организмов. Без этих РНК развитие эмбриона идет неправильно, а иногда останавливается на одном из этапов [8]. Мутируя гены данио, а также иногда добавляя в геном рыбки участки чужой ДНК — трансгены, — исследователи смогли подробно исследовать развитие всех ее тканей и органов. Так, на протяжении тридцати лет данио рерио служит основной моделью в биологии развития. Недавно созданные методы анализа транскриптомов (всей совокупности РНК) или полного генома единичных клеток [9] немедленно применили к клеткам и тканям данио (рис. 2). И сейчас в распоряжении исследователей есть целые атласы развития этой рыбки, по которым можно отследить изменения профиля генной экспрессии от оплодотворенной яйцеклетки к тканям взрослого животного [10], [11].
Рисунок 2. С помощью методов секвенирования единичных клеток можно отследить, как происходит развитие тканей и органов
[10]
Теперь перейдем к любимой теме одного из авторов этого эссе, который работает врачом-генетиком. Как рыбка данио помогла понять природу генетических заболеваний человека и даже подступиться к их эффективному лечению?
Несмотря на многие миллионы лет, прошедшие с разделения наших видов, данио рерио и человек имеют 70% ортологичных генов [12]. В том числе, в геноме рыбки находятся гомологи 80% генов, ответственных у человека за наследственные моногенные заболевания [13]. Среди последних известно несколько сотен тяжелых неврологических болезней, одна из которых — спинальная мышечная атрофия (СМА) [14], [15]. Самая частая причина СМА — гомозиготная делеция 7-го и 8-го экзонов в гене Smn1, что приводит к разрушению альфа-мотонейронов спинного мозга и, в итоге, к смертельному заболеванию [16]. Исследователи смогли смоделировать этот синдром на линии данио с «нокаутом» гена Smn1 и заодно обнаружили другие гены, которые могут влиять на развитие заболевания. Одним из них оказался ген белка пластина-3 (PLS3). Усиление экспрессии этого гена и синтеза соответствующего белка в экспериментах снижало проявление нервно-мышечной симптоматики [17], [18]. Обнаружение таких генов-модификаторов может, с одной стороны, помочь глубже понять механизм развития наследственного синдрома, а с другой — предоставить новые потенциальные мишени для терапевтического воздействия.
Другой пример использования модели данио в области медицинской генетики — поиск терапии наследственного синдрома Драве. Это заболевание вызвано патогенными мутациями в гене SCN1A, кодирующем одну из субъединиц потенциал-зависимого натриевого канала нейронов головного мозга [19]. У детей с синдромом Драве обычно на фоне полного благополучия в возрасте 1–2 лет «дебютируют», как принято выражаться в медицине, приступы судорожной активности. После начала приступов происходит регресс психоречевого развития, нарушаются двигательные функции. Проблема в том, что судороги при синдроме Драве не снимаются обычными противоэпилептическими препаратами.
Подробнее о работе подобных ионных каналов можно прочитать в статье «Нейробиология» [20] нашего спецпроекта «12 методов молекулярной биологии».
Поэтому исследователи решили выбрать потенциальное лекарство от этого синдрома путем перебора множества известных соединений. А в качестве модели выбрали линию-мутант данио рерио, имитирующую человеческий синдром Драве. Оказывается, у таких рыбок так же, как и у пациентов, возникает эпилептическая активность. Рыбьи приступы можно отслеживать с помощью автоматической системы, которая наблюдает за движениями мальков в каждой отдельной лунке планшета (рис. 3). В ходе работы исследовали более тысячи соединений, которые могли влиять на судорожные приступы. Из них только двадцать смогли продемонстрировать возвращение двигательного поведения до состояния контрольных, здоровых мальков. Всего четыре вещества из двадцати оказались при этом нетоксичными. Их воздействие исследовали более пристально, снимая рыбкам электроэнцефалограммы. В итоге, только диметадион — антагонист кальциевых каналов Т-типа — обеспечил больным малькам нормальную энцефалограмму [21]. В этом примере из тысячи веществ был выбран для дальнейшего исследования только один препарат. Представьте, что у человека известно больше тысячи генов, мутации в которых вызывают эпилептические приступы. Работы у нашей рыбки хватит еще надолго. Обратите внимание, что в этой работе, с учетом всех повторов, использовалось несколько тысяч особей данио! Насколько же проще было сделать такой эксперимент на рыбках, чем на известных модельных млекопитающих.
Рисунок 3. Технологическая платформа для исследований электрической активности головного мозга данио рерио
[25]
Данио — хорошая модель не только для редких наследственных, но и для распространенных заболеваний. Например, проблемы подбора лекарственной терапии существуют и для некоторых злокачественных опухолей. Живучие, адаптируемые к воздействию рыбки специальных линий позволяют пересадить им культуры опухолевых клеток от пациентов (рис. 4). Так буквально за несколько дней удается протестировать на реальных опухолях эффекты разных лекарственных препаратов [22]. Помимо рака, на рыбках исследуют такие связанные друг с другом состояния как инсулиннезависимый диабет и ожирение [23], [24].
Рисунок 4. Трансплантация клеток опухоли пациента для последующего лекарственного скрининга
[26]
Может быть, все физиологические и патологические процессы нашего организма нужно воссоздавать на этой прекрасной модели? Отметим, что у нее все же есть ограничения. Например, дыхательная система рыб, как читатели хорошо знают, принципиально отличается от нашей. Совсем иначе у них работает и выделительная система. Однако, для обширного поля экспериментов на данио остаются более общие для позвоночных процессы — тканевое развитие, нервная деятельность, воспаление, регенерация, неспецифический иммунитет и другие.
Данио — это первое позвоночное в нашем хит-параде, и насколько же хорошо это неприхотливое, быстро размножающееся существо моделирует болезни человека! Дальше — больше, нас ждут еще более близкие родственники. В следующей серии это, по сути, четвероногое — великая и ужасная шпорцевая лягушка Xenopus laevis.
Рисунок 5. Данио рерио — герой календаря «Биомолекулы». Этот календарь мы сделали в 2021 году и даже провели на него весьма успешный краудфандинг. На тех, кто успел приобрести календарь, фаг уже взирает со стенки, ну а с прочими мы делимся хайрезом этого листа — скачивайте, печатайте и вешайте на стенку! Ну а кто всё же хочет приобрести бумажный экземпляр — приглашаем в интернет-магазин «Планеты.ру»!
иллюстрация Ксении Сайфулиной
Кормление
В домашних условиях рыбок кормят сухими кормами, которые перетирают перед подачей. Чтобы разнообразить рацион данио, им предлагают дрозофил и измельченного мотыля. Очень полезны трубочник и артемии.
Данио предпочитают собирать корм на поверхности и в средних слоях воды. Рыбок кормят малыми порциями: остатки будут догнивать в грунте. Взрослым рыбам достаточно одноразового питания, молодь кормят два раза в день. Раз в неделю можно устроить разгрузочный день (только для взрослых рыб).
Заболевания
Рыбки выносливы и обладают хорошим иммунитетом. Болезни данио розового появляются из-за неправильного ухода: загрязненности и некачественного питания.
Вздутие живота
Признаки:
- увеличенное брюшко;
- карп лежит на дне;
- отсутствие контакта со стайкой.
В качестве лечения разведите 1 таблетку трихопола в 30 литрах воды. Проводить процедуру можно в общем аквариуме, здоровым обитателям она не повредит.
Наросты
Редкое заболевание. Пострадавшую особь помещайте ежедневно на 15 минут в теплую воду с добавлением соли (1 столовая ложка на пол литра).
Плавание по кругу
Необычный способ плавания вызывает отравление нитратами. Замените весь обьем воды и в течение недели каждый день подменяйте по 1/3 от аквариума.
Пучеглазие
Частая болезнь, вызванная загрязненностью. При отсутствии помощи рыбки теряют глаза и слепнут. В качестве лечения промойте все содержимое аквариума и заменяйте по 1/3 объема воды через день.
Триходиноз
Развивается заболевание из-за попадания в аквариум с грунтом или кормом инфузории Trichodina.
Признаки:
- рыбка чешется о стекло и растения;
- чешуя тускнеет;
- налет светлого цвета.
Лечение:
- усильте аэрацию;
- повысьте температуру до 30–31;
- неделю кормите мотылем с антибиотиками;
- солевые ванны как при наростах.
Туберкулез
Лечится кормом с антибиотиками в течение 2 недель. Если у рыбки отсутствует аппетит, отсадите ее в карантин и растворите лекарства в воде:
- канамицин – 3 г/100 л;
- рифампицин – 600 мг/100 л.
Не добавляйте антибиотики в общий аквариум.
Размножение
Еще одно преимущество данио — простота в разведении. Определить пол не составит труда: самки массивные, с «упитанным» брюшком, самцы боле стройные и изящные.
Данио достигают половой зрелости в возрасте 4-6 месяцев. Они размножаются независимо от сезона. Будущих родителей рассаживают по разным аквариумам за 10 дней до начала нереста. В это время им нужно усиленное питание: подойдут живые дафнии и мотыль. Самка, готовая к размножению, имеет равномерно широкое брюхо. Чтобы стимулировать нерест, нужно увеличить температуру воды до 23-25°С
Объем нерестовика не должен превышать 10 л. Его дно укрывают растениями (чтобы они не всплыли, нужно использовать груз). Подготовленную воду наливают таким образом, чтобы она прикрывала зелень на 5 см. Нерестовик ставят в хорошо освещенное место, например, на подоконник. Рыбок нужно запускать вечером: это даст им время на адаптацию. Нерест начинается утром.
Сам процесс длится около двух часов. Самец гоняет самку по нерестовику, нанося удары ей в брюшко. Это стимулирует «выброс» икринок, которые оплодотворяет самец, выпуская молоки. Здоровая самка может выметать до 450 икринок. После окончания нереста самцов отделяют от самок. Важно: родители часто съедают икру, поэтому их нужно вовремя изолировать.
Личинки вылупляются на вторые сутки. Мальки начинают плавать по банке на 7 день после появления на свет. Их выкармливают нуплиями и инфузорией. Подросшую молодь переводят на циклопов и дафний.
Совместимость
Данио хорошо приживутся в общем аквариуме. Они не склонны к агрессии и будут мирно соседствовать с некрупными рыбами: гуппи, тернециями, сомами, минорами, тетрами, скаляриями, моллинезиями и т. д. Главное, чтобы соседи были уравновешенны и спокойны.
