Сравнение сердца человека и свиньи. Достижения современной геномики.Сходство свиньи с человеком

Пересадить человеку орган животного не так-то просто. Трансплантируемый орган должен соответствовать возрасту, телосложению и весу реципиента, необходима генетическая совместимость. Даже донора-человека подбирают очень тщательно, что же говорить о существе другого вида.

Тем не менее, потребности медицинской практики диктуют свои условия. Логично было бы предположить, что донором органов станет наиболее близкое к человеку существо – шимпанзе, но трансплантологи обратили взоры на… свинью. Далекие от науки люди даже поторопились поставить в связи с этим под сомнение и теорию Дарвина в целом.

Ксенотрансплантация: мифы и реальность

Рассуждения о массовой пересадке свиных органов людям сильно преувеличены. На сегодняшний день медицина не шагнула дальше трансплантации механически функциональных тканей – сердечных клапанов, хрящей и сухожилий. Ткани перед пересадкой обрабатывают специальными химическими веществами и ультразвуком, чтобы уничтожить антигены и избежать отторжения этих тканей организмом реципиента. Даже такие трансплантаты при обработке очень легко повредить, сделав нежизнеспособными, что же говорить о более сложных образованиях – сердце, почке или печени. Поэтому речь о пересадке целых органов свиньи человеку пока не идет.

Определенные надежды возлагаются на создание генетически модифицированных свиней. Если путем изменения генома заставить клетки свиньи синтезировать на своей поверхности человеческие гликопротеины, иммунная система человека не воспримет такие органы как нечто чужое. Но этот метод пока на стадии лабораторных исследований, до массового применения в медицинской практике еще далеко.

Достоинства свиньи как донора

Выбор свиньи в качестве возможного донора органов объясняется вовсе не генетической близостью этого животного к человеку. Самое генетически близкое животным все-таки остается шимпанзе. Но численность этих обезьян в мире измеряется десятками тысяч, для массового применения явно недостаточно. Свиней же забивают миллионами каждый год.

Что касается тканевой совместимости, то есть более близкие к человеку животные – мыши, но они не подходят по размеру, а свиньи в этом плане вполне сопоставимы с человеком.

Разведением свиней люди занимаются давно, эти животные хорошо изучены. Маловероятно, что они «преподнесут» какую-нибудь неизвестную страшную болезнь, которой можно будет заразиться при трансплантации. Свиньи хорошо размножаются и быстро растут, а их разведение и содержание обходится сравнительно дешево.

Все это заставляет предпочесть свиней, а не обезьян, использование которых превратило бы операции по пересадке органов – и без того далеко не дешевые – в услугу, доступную только миллиардерам.

Прародителем домашних свиней является дикий кабан, относящийся к роду парнокопытных нежвачных. В настоящее время этих сельскохозяйственных животных разводят во многих странах мира. Но наиболее популярны они в Европе, России и государствах Восточной Азии.

Внешний вид свиньи

От своих предков, диких кабанов, домашние свиньи отличаются не слишком сильно. Единственное, поросята обычно не бывают покрытыми такой густой шерстью. Практически идентична и анатомия свиньи и дикого кабана.

Отличительными особенностями домашних поросят являются:

компактное телосложение;
ноги с копытцами;
представленный щетиной волосяной покров.

Удлиненная морда, заканчивающаяся пяточком, служащим при поисках пища для разрыхления почвы - это, конечно же, также один из основных характерных признаков свиньи. На фото ниже можно видеть, насколько удобно поросятам пользоваться этим своим органом даже при содержании в домашних условиях. Представляет собой пятачок свиньи хрящевой подвижный диск.

По форме головы свиньи можно, помимо всего прочего, определить и ее вид. У представителей мясных пород она несколько удлинена. У сальных поросят эта часть тела имеет более округлую форму.

Анатомия свиньи: опорно-двигательная система

Относятся поросята к классу млекопитающих. Скелет этих животных представлен примерно 200 костями. При этом выделяют следующие их разновидности:

длинные трубчатые;
короткие;
длинные изогнутые;
пластинчатые.

Сам скелет свиней состоит из нескольких отделов:

черепа;
туловища и хвоста;
конечностей.

Мышечная система свиньи представлена гладкой мускулатурой и скелетными мышцами. Кости в организме этих животных соединяют коллагеновые волокна, образующие суставы. В общей сложности у свиней насчитывается несколько непарных и порядка 200-250 парных мышц.

Пищеварительная и выделительная система

Поросята - животные практически всеядные. И пищеварительная система у свиней развита, конечно же, очень хорошо. Основными ее отделами являются:

ротовая полость;
глотка и пищевод;
однокамерный желудок;
толстый и тонкий кишечник;
прямая кишка;
анус.

За фильтрацию крови и нейтрализацию вредных веществ у свиней, как и у любых других млекопитающих, отвечает печень. Желудок у этих животных располагается в левом подреберье, а поджелудочная железа - в правом.

Мочеполовая система

Одним из безусловных преимуществ свиней как сельскохозяйственных животных является высокая плодовитость. Половая система хряков представлена следующими органами:

мошонкой и семенником;
протокой и семенным канатиком;
мочеполовым каналом;
половым членом;
специальной кожной складкой, прикрывающей член - препуцией.

Половая система свиньи-самки представлена следующими органами:

яичниками;
маточными трубами;
маткой и влагалищем;
наружными органами.

Половой цикл у свиньи может длиться от 18 до 21 дня. Детенышей эти животные вынашивают 110-118 дней. У одной свиноматки может рождаться до 20 детенышей. Это даже больше, чем у славящихся своей плодовитостью кроликов.

Мочеполовая система свиньи представлена также:

парными почками;
мочеточниками;
мочевым пузырем;
мочеиспускательным каналом.

У самцов мочеиспускательный канал, помимо всего прочего, проводит и половые продукты. У свинок он открывается в преддверие влагалища.

Нервная система

Свиньи - животные высокоразвитые. Считается, что по интеллекту они близки к собакам. Этих животных, к примеру, без труда можно научить выполнять разного рода команды. Как и собаки, свиньи способны издалека возвращаться в те места, где они когда-то проживали.

Нервная система этих животных представлена:

головным и спинным мозгом с ганглиями;
нервами.

Мозг у этих животных имеет два полушария с извилинами и покрыт корой. Масса его у свиней колеблется в пределах 95-145 г. Длина спинного мозга у этих животных может быть равна 119-139 см.

Сердечно-сосудистая система

Как и у других млекопитающих, центральным органом кровообращения у свиней является сердце. Форму оно имеет конусовидную и продольной перегородкой разделено на правую и левую половину. Ритмически сокращаясь, сердце свиньи гонит кровь по всему ее телу. Каждая половина сердца животных, в свою очередь, разделена поперечными клапанами на желудочек и предсердие.

Кровь свиней состоит из плазмы и плавающих в ней эритроцитов, тромбоцитов и лейкоцитов. Из сердца по организму животных оно течет по артериям, возвращается же к нему - по венам. Также кровеносная система свиньи представлена капиллярами, через стенки которых в ткани поступает кислород.

Разного рода инородные частицы и микроорганизмы обезвреживаются в организме этих животных в лимфатических узлах.

Особенности строения кожи свиней

Толщина кожи поросят может варьироваться в пределах 1.5-3 мм. У породистых же свиней этот показатель и вовсе может быть равен всего 0.6-1 мм. При этом подкожный слой у поросят содержит очень большое количество жиров и может достигать огромной толщины.

У половозрелых самцов по бокам плечевого пояса и груди имеется щит, состоящий из уплотненных пучков с жировыми прокладками. Это образование защищает кабанов во время драк в период половой охоты.

Жесткие волоски щетины на коже свиней чередуются с мягкими. Густота волосяного покрова у поросят разных пород может быть неодинаковой. В большинстве случаев в хозяйствах разводятся, конечно же, голые поросята. Но существуют и породы, представители которой покрыты густой шерстью, примерно такой же, как дикие кабаны.

Анализаторы, органы слуха и зрения

Сердечно-сосудистая система свиньи развита, таким образом, очень хорошо. То же самое касается и других органов поросят. К примеру, обонянием свиньи отличаются просто превосходным.

Ответственный за восприятие запахов орган у этих животных расположен в носовом ходу и состоит из:

обонятельного эпителия;
рецепторных клеток;
нервных окончаний.

Осязание у свиней осуществляется рецепторами опорно-двигательного аппарата, слизистыми и кожей. Органами же вкуса у этих животных являются сосочки, расположенные в слизистой ротовой полости. Глазные яблоки у свиней зрительным нервом соединяются с головным мозгом.

Уши этих животных состоят из следующих отделов:

улитковой части;
проводящих путей;
мозговых центров.

Сходства и различия свиньи и человека

Люди, как хорошо всем известно, относятся к классу приматов и произошли от обезьяны. Чисто внешне человек, безусловно, больше всего напоминает именно это животное. То же самое касается и строения внутренних органов. Однако и к свинье в плане физиологии и анатомии человек стоит довольно близко.

К примеру, как и люди, поросята являются животными всеядными. Считается, что и приручены они когда-то были именно из-за этого. Дикие кабаны охотно питались остатками человеческой пищи. Единственной разницей между людьми и свиньями в этом плане является то, что у последних в ротовой полости имеется меньше рецепторов горького вкуса. Сладкое и горькое поросенок воспринимает несколько по-другому, чем человек.

Как известно, сердце свиньи по строению мало чем отличается от сердца человека. Поросят медики даже пытаются использовать в этом плане как доноров и для людей, и для обезьян. Сердце поросят весит 320 г, у человека - 300 г.

Очень похожа на человеческую и кожа свиньи. Эти животные, как и люди, могут даже загорать. Схожи по строению у людей и свиней также:

глаза;
печень;
почки;
зубы.

В желтой прессе иногда даже мелькает информация о том, что иногда свиноматок в США и Китае используют для вынашивания человеческих эмбрионов.

Что думают ученые

Разводят поросят люди достаточно давно. И анатомия свиней изучена, конечно же, просто отлично. Однако однозначного ответа на вопрос о том, почему поросята и приматы настолько похожи, к сожалению, не существует. В этом плане имеется только несколько непроверенных гипотез. К примеру, некоторые ученые считают, что сама свинья когда-то произошла от примата.

Этой невероятной гипотезе даже существует подтверждение. На острове Мадагаскар исследователями были найдены ископаемые останки лемуров, имеющих длинную морду с пятачком. Как и свиньи, эти животные когда-то разрывали носом землю в поисках еды. При этом вместо копыт они имели пятипалую, как у человека, руку. Да и у эмбрионов современных свиней, как это ни странно, присутствует закладка пятипалой руки и мордочки, как у примата.

Своеобразным подтверждением того, что поросята когда-то были приматами, являются и древние легенды. К примеру, в одном из преданий жителей острова Бот утверждается, что в древние времена герой Кат сделал людей и свиней по одному образцу. Однако позднее поросята захотели иметь свои отличия и начали ходить на четырех ногах.

Болезни людей и свиней

Учеными было замечено, что сходство людей и свиней не ограничивается анатомическим строением органов. Практически одинаковые у приматов и поросят и болезни. К примеру, у свиней, как и у людей, в старости может диагностироваться болезнь Альцгеймера. Также поросята очень часто страдают ожирением. Может наблюдаться у этих животных и болезнь Паркинсона. Свинья на фото ниже страдает именно такой болезнью.

Трансгенные животные

Сердце и другие органы у поросят и людей схожи. Но все-таки они неидентичны. Опыты по пересадке свиных органов людям оканчиваются пока, к сожалению, неудачами из-за отторжения тканей. Чтобы решить эту проблему, ученые начали выводить специальных трансгенных свиней. Для того чтобы получить таких поросят, в зародыш вводят два человеческих гена и отключают один свиной.

Многие ученые считают, что опыты по выведению трансгенных свиней в будущем на самом деле могут помочь решить проблему отторжения тканей при пересадке органов. Подтверждения этому, кстати, уже имеются. К примеру, в 2011 г. российские хирурги успешно пересадили пациентке клапан сердца трансгенной свиньи.

Сходство на генетическом уровне

Анатомия и физиология свиней таковы, что они, по мнению некоторых ученых, являются точной биологической моделью человека. По строению ДНК к людям, конечно же, ближе всего находятся обезьяны. К примеру, различия в генах человека и шимпанзе составляет всего 1-2 %.

Но и свиньи в плане строения ДНК находятся достаточно близко к человеку. Сходство у ДНК человека и свиньи, конечно, не такое большое. Однако ученые выяснили, что у людей и поросят некоторые виды белков очень схожи по составу. Именно поэтому поросят когда-то активно использовали для получения инсулина.

В последнее время в научном мире вызывают много споров такая тема, как выращивание внутри поросят человеческих органов. Чисто теоретически проведение подобных процедур ничего невозможного собой не представляет. Ведь геном человека и свиньи действительно в чем-то схож.

Для получения органов стволовые клетки людей можно просто помещать в яйцеклетку свиноматки. В результате будет развиваться гибрид, из которого в дальнейшем вырастет не полноценный организм, а лишь один какой-то орган. Это может быть, к примеру, сердце или селезенка.

Конечно, выращенные внутри свиней органы могли бы спасти жизни многих людей. Однако многие ученые являются противниками этого метода. Во-первых, проведение подобных опытов, конечно же, негуманно по отношению к самим свиньям. Во-вторых, считается, что выращивание в свиньях органов для людей может привести к появлению новых генномодифицированных возбудителей болезней, способных унести жизни миллионов людей.

Геном человек-свинья

Кровь свиней биологически на 70 % совпадает с кровью человека. Это сделало возможным проведение одного очень интересного эксперимента. Ученые взяли беременную свиноматку и ввели эмбрионам белую кровь человека, содержащую наследственную информацию. Беременность у животного закончилась успешными родами.

В крови появившихся на свет поросят исследователи в последующем обнаружили клетки, содержащие большие участки как человеческих, так и свиных хромосом. Это, конечно же, стало настоящей сенсацией в научном мире. Помимо всего прочего, такие клетки в организме поросят оказались еще и устойчивыми. То есть сохранялись длительное время после рождения. Проще говоря, учеными впервые был получен стабильный геном человек-свинья. Конечно же, таких клеток в организме испытуемых поросят было немного и на людей животные никоим образом похожи не были. Однако человеческого материала в самом полученном геноме содержалось более трети.

Другие исследования ученых

Как бы там ни было, анатомия свиней изучена хорошо, и идея использования этих животных в качестве доноров выглядит достаточно привлекательной. Большинство ученых при этом считают, что ничего невозможного в этом нет. Наработки у исследователей в этом плане уже сейчас имеются довольно серьезные. К примеру, ученым удалось выяснить, что взятые из организма поросят нервные клетки способны ставить на ноги парализованных людей.

Из свиного коллагена уже сегодня изготавливаются очень качественные контактные линзы. Хрящевые клетки ушей поросят используются для выращивания искусственной груди. Также учеными была создана свинья, вырабатывающая полезные для человеческого сердца жирные кислоты Омега-3.

Учеными доказано, что свиньи намного ближе к нам, чем обезьяны. Можно пересадить некоторые органы свиней человеку. Почему так, а не наоборот?

Нравится нам это или нет, мы все получили много общего со свиньями. Мы всеядные млекопитающие, которые легко набирают вес и восприимчивы к гриппу. Сам факт, что свиньи и люди являются млекопитающими означает, что мы разделяем некоторые гены, в этом проявляется сходство днк человека и свиньи.

Ученые ссылаются на результаты исследований, согласно которым днк свиньи и человека схожи на 98 процентов, но при таком положении дел многие входят в заблуждение, считая, что человек на 98% — свинья. Количество генетического материала, который мы разделяем с другими видами, зависит от того, что вы сравниваете.

Все живые организмы имеют генетическую информацию, закодированную в дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК), разделенную на части, называемые генами. Информация передается от генов с помощью химического вещества, называемого рибонуклеиновой кислотой (РНК). Некоторые РНК переводится в цепи аминокислот, которые составляют белки – строительные блоки каждой живой клетки.
Ученые обнаружили около 20 000 генов млекопитающих, которые кодируют белки с похожими основными функциями. Так что, если вы сравните часть кодирующих белков нашей ДНК, то вы обнаружите, что мы имеем много общего с большим количеством млекопитающих.

Родословная млекопитающих на основании молекулярно-генетических данных. Видно, что свинья отстоит от человека дальше, чем мышь, кролик и дикобраз.

Достижения современной геномики приводят порой к парадоксальным выводам: каждое животное, включая плоских червей и голубых улиток, может претендовать на свое родство с гомо сапиенс. По крайней мере несколько десятков одинаковых генов можно найти и у тех, и у других, и у третьих. Но один из самых близких наших родственников, как это ни обидно для кого-то звучит, безусловно, свинья.
Судите сами: у человека и хавроньи почти совпадает содержание в крови гемоглобина и белков, размеры эритроцитов и группы крови; свинья, как и человек, всеядна, пищеварение у них (то есть у нас) протекает сходно. Кожа почти как у нас: свинья может даже загорать. Те же особенности в строении зубов, глаз, печени, почек. Свиное сердце весит 320 г., человеческое – 300 г., масса легких соответственно 800 г. и 790 г., почек – 260 и 280 г., печени – 1600 и 1800 г. Более того, болезни новорожденных поросят примерно такие же, как у грудных детей. По данным Института молекулярной биологии РАН, строение молекулы гормона роста свиньи и человека совпадает на 70%.
«Ученые из израильского института Вейсмана недавно смогли извлечь из человеческого зародыша семи-восьми недель небольшое число специально отобранных клеток и пересадить их в эмбрион 4-недельного поросенка, – рассказывает доктор биологических наук, профессор, старший научный сотрудник РАН Александр Дубров. – Клетки начали развиваться и сформировали полноценно функционирующий орган – почки. Близкое сходство между клетками человека и свиньи позволяет ученым вырастить из поросячьих тканей органы, которые подходили бы и человеку. При этом такая важная проблема, как отторжение пересаженного органа, устраняется».
А ученые обнаружили, что во многих смыслах свиньи намного «роднее» человеку, нежели, казалось бы, более похожие на него приматы. Их органы сходны с человеческими не только по размерам и физиологии, но и по антигенному составу - то есть меньше других подвержены отторжению из организма человека.
Именно эти факты подвигли исследователей на эксперименты по ксенотрансплантации - пересадке тяжелобольным людям свиных органов. Дело в том, что человеческих органов для трансплантации катастрофически не хватает: во всех, даже наиболее развитых, странах в «листах ожидания» находятся сотни тысяч человек, многие из которых так и не доживают до спасительной операции.

И их органы в человеческом организме не отторгались?

Отторгались, но так, как это происходит при трансплантации от донора-человека. Точных данных нет, но, судя по публикациям, таких пересадок было сделано уже несколько, причем некоторые успешные.

Нельзя ли взять у человека гены, пересадить их в свинку и вырастить индивидуального донора?

В принципе, можно. Но тут есть одна особенность. Если видоспецифические белки гистосовместимости заменить можно, то индивидуально специфические (которыми отличается каждый человек не только от другого вида - свиньи, но и от другого человека), невероятно сложно. Их в организме столько, что для современной науки эта задача пока что неподъемная. Я уже не говорю о времени, поскольку больной, нуждающийся в пересадке, не может ждать долго. Поэтому сейчас готовят своеобразные заготовки органов - как для обычного банка донорских органов.

А если в организме свиньи просто выращивать человеческие органы?

Главное возражение - инфекции, имеющиеся в организме свиньи. Слишком реальна опасность того, что массивный перенос материала, в котором есть вирусы данного организма, в систему человека, приведет к их адаптации и появлению совершенно новых возбудителей, способных уничтожить миллионы людей. Не так давно австралийцы провели достаточно тревожный эксперимент. В вирус оспы мышей ввели мышиный же гормон роста, намереваясь получить средство для снижения поголовья этих грызунов. Но в результате получился возбудитель, который уничтожал всех мышей поголовно, включая иммунизированных. То есть от него не было защиты, и возникло опасение: если он выйдет из лаборатории, эволюционирует в организме животных, попадет в человека, то появится вирус, вызывающий мгновенную стопроцентную смертность! Вероятность, что такие переносы могут привести к очень тяжелым последствиям, подтверждается сегодня и экспериментально. Если человеческий орган вырастить в организме свиньи, то это будет еще хуже, поскольку в чужом организме он вместе с кровью получит целый набор вирусов, которые частично адаптируются к человеку и смогут эффективно противостоять его иммунной системе. Именно это является главным аргументом против пересадки свиных органов.

Помимо этого, при переносе генетического материала возник ряд нестандартных психологических задач, которые не имеют решения. К примеру, сколько генов человека нужно перенести в свинью, чтобы по видовой принадлежности ее можно было отнести к человеку? Обычно говорят: «все равно разумной она не будет». Но разум - это не видовой признак человека. Есть тяжелобольные, которых сложно назвать разумными - тем не менее, это люди. До недавнего времени эта проблема была абсолютно абстрактной, поскольку «слитые» воедино ядра человека и животного были нестабильны и очень быстро распадались.

Но несколько лет назад был проведен необычный эксперимент, который никто больше не пытался повторить. Взяли свиноматку, в утробе которой развивались поросята, и ввели в эмбрионы белую кровь человека (красная не содержит ядер, а значит, наследственной информации). Родились поросята. Взяв их кровь, ученые обнаружили клетки, содержащие большие участки человеческих и свиных хромосом. Поскольку таких клеток было очень мало, на внешности поросят это никак не сказалось. Неожиданным для ученых было то, что эти клетки не только появились, но и оказались устойчивыми: они сохранялись в организме через длительное время после рождения (все прежние попытки заканчивались тем, что полученная клетка просто распадалась). Таким образом, впервые был получен стабильный совмещенный геном «человека-свиньи»! По грубым оценкам, в нем содержалось до трети человеческого материала!

Думаю, авторы работы, забив поросят, обнаружили такие клетки не только в их крови, но и других тканях (хотя в опубликованной статье таких данных нет). Если взять такую клетку, клонировать и вырастить животное, то оно по своему геному на две трети будет свиньей, а на треть - человеком. Такое, естественно, никто не рискнул бы сделать даже на уровне первых делений - даже чтобы просто убедиться, пойдет ли процесс в принципе. Но что же делается реально, если судить лишь по опубликованным работам, сказать нельзя.

…Ученые действительно активно экспериментируют со свиными тканями и клетками. Так появился поросенок со светящимся пятачком, а чуть позже - и полностью светящаяся свинка. Добиться чуда оказалось не так уж сложно: достаточно было вставить в геном хрюшки ген медузы, кодирующий выработку соответствующего белка. Понятно, что особой пользы от такой живности нет, разве что вызывает положительные эмоции. Просто на каком-то этапе ученые столкнулись с серьезной проблемой: часто при изучении какого-нибудь гена очень сложно проследить его работу, поскольку его практически невозможно заметить. Так возникла потребность в специальных маркерах, которые «подсвечивают» ген без всякого при этом вреда для клетки.

Израильские ученые утверждают, что ценным источником донорских тканей могут стать свиные эмбрионы - но лишь в том случае, если находятся на определенном этапе развития. Есть работы, показывающие, что нервные клетки, взятые из свиного эмбриона, могут поставить на ноги парализованного человека (разумеется, не при всех заболеваниях). Впрочем, и взрослый «свин» вполне может послужить медицине. Так, известны случаи изготовления контактных линз из свиного коллагена, использования очищенных хрящевых клеток из свиных ушей для выращивания искусственной груди - взамен удаленной во время операции по поводу рака молочной железы.

Специалисты из университета Питсбурга создали свинью, которая вырабатывает вещества, полезные для сердца - так называемые жирные кислоты омега-3. Канадские и американские ученые предлагают пересаживать от молочных поросят клетки, продуцирующие инсулин, - мол, это поможет решить проблему диабета первого типа. А украинские ученые из Тернопольской медицинской академии им. И.Горбачевского предложили свой способ использования ксенотрансплантантов из свиной кожи - для лечения ожогов. Высушенную и сохраненную особым образом свиную кожу на два-три дня накладывают на рану. За это время организм успевает адаптироваться к травме, и после этого уже можно закрывать рану тонкими лоскутами кожи больного, взятыми с других участков тела.