Wyniki badań genetyków z Purdue University College of Veterinary Medicine mają moc eliminowania określonych chorób genetycznych u niektórych ras psów. Testy na mutacje genetyczne będą oferowane przez Animal Disease Diagnostic Laboratory (ADDL) w Purdue. Jako pierwsze tego typu testy oferowane ogółowi społeczeństwa pod kątem trzech nowych chorób genetycznych psów, badania te umożliwią hodowcom określenie, które psy są nosicielami choroby i mogą przekazać ją potomstwu. Upewniając się, że dwóch nosicieli nie krzyżuje się razem, choroba może zostać powstrzymana, zanim rozprzestrzeni się na całą rasę.

Dr Kari Ekenstedt, adiunkt anatomii i genetyki na Wydziale Podstawowych Nauk Medycznych Kolegium Medycyny Weterynaryjnej, posiada zarówno stopień doktora medycyny weterynaryjnej, jak i doktorat z genetyki ssaków. Jej Laboratorium Genetyki Psów niedawno rozwiązało jedną chorobę genetyczną u bassetów i dwie choroby genetyczne u owczarków miniaturowych amerykańskich. Wszystkie trzy choroby są autosomalne recesywne, co oznacza, że ​​zmutowany gen nie jest powiązany z płcią zwierzęcia i że do wywołania choroby potrzebne są dwie kopie mutacji. Innymi słowy, psy z tylko jedną kopią mutacji („nosiciele”) są zdrowe, ale idealnie powinny być hodowane tylko w celu oczyszczenia psów, aby uniknąć rodzenia dotkniętych chorobą szczeniąt.

„Jesteśmy podekscytowani współpracą z dr Ekenstedtem, aby zapewnić te testy dla zwierząt” – powiedziała dr Becky Wilkes, kierownik sekcji molekularnej i wirusologicznej ADDL oraz profesor nadzwyczajny diagnostyki molekularnej na Wydziale Patobiologii Porównawczej uczelni. „Testy genetyczne na zwierzętach to nowy dodatek do ADDL, a my możemy świadczyć tę usługę tylko dzięki wiedzy dr Ekenstedta w tej dziedzinie. Odkryła zmiany genetyczne, pod kątem których będziemy testować, które powodują te choroby, które mogą prowadzić do śmierci dotkniętych szczeniąt. Dzięki tym testom i poradnictwu genetycznemu oferowanemu przez dr Ekenstedt będziemy współpracować z hodowcami w celu wyeliminowania tych chorób genetycznych u tych ras psów”.

Jeanna Blake, doktorantka trzeciego roku w laboratorium dr Ekenstedta, przeprowadziła większość badań nad chorobą spichrzania glikogenu u bassetów. Choroba ta wpływa na zdolność organizmu do magazynowania glukozy w wątrobie i mięśniach, a następnie rozkładania jej w celu wytworzenia energii. Nagromadzenie glikogenu w mięśniu sercowym może powodować niewydolność serca u psów.

„Ta choroba zwróciła moją uwagę po tym, jak dwoje rodzeństwa zmarło dość młodo z powodu niewydolności serca” – powiedział dr Ekenstedt. „Patolog, który przeprowadził sekcję zwłok, przesłał mi tkankę, która dostarczyła nam zestawu DNA rodzeństwa, które można zsekwencjonować w całym genomie”.

Aby rozwiązać chorobę genetyczną poprzez identyfikację mutacji sprawczej, zespół dr Ekenstedt wykorzystuje sekwencjonowanie całego genomu DNA chorego psa i porównuje je z innymi sekwencjami całego genomu w bazie danych zawierającej około 1000 próbek kontrolnych. Złożone algorytmy obliczeniowe sortują miliardy fragmentów danych, aby pomóc zespołowi zawęzić określone geny za pomocą ustalonego potoku analizy danych. Cały proces może zająć ponad rok.

„Byłam zaskoczona odkryciem nowej przyczyny choroby spichrzeniowej glikogenu u psów” – powiedziała Blake, opisując swoją rolę w projekcie badawczym. „Mutacje w genie sprawczym obserwowano u ludzi, ale są one nowością w świecie psów. Wyniki tego badania uzupełniają spektrum mutacji chorób spichrzeniowych glikogenu u psów. Im więcej mutacji powodujących choroby jesteśmy świadomi, tym szersze testy genetyczne możemy przeprowadzić, co skutkuje wcześniejszą diagnozą choroby i zapobieganiem chorobom poprzez ukierunkowane strategie hodowlane. Odkrycie i przetestowanie tej mutacji pozwoli Basset Houndom narodzić się wolne od tej specyficznej choroby spichrzania glikogenu”.

Blake wyjaśniła, że ​​jej nadzieja związana z badaniami genetycznymi psów polega na pomocy hodowcom psów w podejmowaniu świadomych decyzji hodowlanych i unikaniu rozmnażania psów z dziedzicznymi mutacjami genetycznymi, stopniowo eliminując choroby genetyczne różnych ras psów. „Zawsze chciałem pomagać psom poprzez badania naukowe. Możliwość wniesienia wkładu w te przełomowe badania jest dla mnie wszystkim. Każdego dnia budzę się i spełniam swoje marzenia, jednocześnie przyczyniając się do badań, które bezpośrednio wpływają na zdrowie psów”.

Blake powiedział, że wiedząc, że praca wykonywana w Canine Genetics Lab może zapobiec zakażeniu nawet jednego szczeniaka Basset Hound chorobą spichrzania glikogenu, cała praca jest tego warta. „Wpływ, jaki te badania mogą mieć na świat psów, dodatkowo wzmacnia moje zaangażowanie w genetykę psów. Chcę pomóc większej liczbie psów poprzez moje badania”.

Dwie choroby miniaturowych owczarków amerykańskich, młodzieńcza zaćma i dystrofia nerwowo-aksonalna, zostały w dużej mierze zbadane przez dr Shawnę Cook (PU PhD ’23), obecnie doktor habilitowany na Cornell University. Badania miały szczególne znaczenie dla Cooka, który jest właścicielem miniaturowego owczarka amerykańskiego.

„Byłam podekscytowana” – powiedziała Cook, gdy zapytano ją, jaka była jej reakcja na możliwość wniesienia wkładu w projekt badawczy, który może przynieść korzyści rasie psa, którego ma jako swojego zwierzaka. „Zdecydowanie pchnęło to na terytorium „projektu pasji”. Nie tylko otrzymałem szansę pomocy właścicielom psów i hodowcom, których znam osobiście, ale także mogłem pomóc całej rasie. Wszyscy mówią, że zdobycie szczeniaka to dużo pracy, ale mój miniaturowy owczarek amerykański, Helix, nadał temu nową definicję! Ma zaledwie trzy lata, a dała mi tak wiele do zrobienia! Bez niej nigdy nie poznałabym właścicieli i hodowców, którzy powierzyli mi prowadzenie tych badań”.

Osobisty związek Cooka z badaniami okazał się inspirujący. „Osobisty związek, jaki już miałem z rasą, skłonił mnie do bycia lepszym naukowcem i przejęcia kontroli nad moimi badaniami” – powiedział Cook. „Weekendy, późne noce; W każdej chwili byłem gotowy, aby przeglądać dane, zbierać próbki i rozmawiać z właścicielami”.

Chociaż zaćma młodzieńcza nie jest śmiertelna, nadal jest niepożądana dla hodowców i ich klientów, którzy chcą mieć zdrowe zwierzęta. Dystrofia neuroaksonalna powoduje jednak zwyrodnienie układu nerwowego zwierzęcia, powodując chwiejny chód i postępujące pogorszenie, aż zwierzę całkowicie utraci zdolność chodzenia.

„Są to choroby genetyczne, którym można zapobiegać” – powiedział dr Ekenstedt. „Identyfikując nosicieli i krzyżując ich z czystymi psami, możemy zachować wszystkie inne pożądane geny, jednocześnie całkowicie unikając choroby. Celem jest przetestowanie i powolna, przez kilka pokoleń, wymiana zwierząt nosicieli. Nie chcemy od razu przerywać hodowli każdego psa będącego nosicielem, ponieważ mogłoby to mieć ogólny negatywny wpływ na różnorodność genetyczną rasy”.

Cook powiedziała, że ​​oba projekty miniaturowego owczarka amerykańskiego były bliskie jej sercu. „Możliwość powiedzenia hodowcom, że będą w stanie wyhodować te choroby ze swoich psów, była po prostu niesamowita. Teraz możemy zapewnić narzędzia potrzebne do zapobiegania tym chorobom dziedzicznym. Jednak nadal będą występować choroby dziedziczne, zarówno proste, jak i złożone, które występują u naszych psich towarzyszy. Bez względu na rasę, chcę mieć swój wkład w hodowlę genetycznie zdrowych szczeniąt. Te projekty naprawdę ugruntowały fakt, że robię to, co mam robić. Nie wyobrażałam sobie, że mogłabym robić coś innego”.

Dr Ekenstedt opisuje swoje badania jako odkrywcze, co oznacza, że ​​naukowcy pracujący w jej laboratorium nie opracowują konkretnej hipotezy, a następnie przeprowadzają testy, aby ją udowodnić lub obalić. Zamiast tego dowiadują się o nieprawidłowościach występujących w określonej rasie i analizują DNA chorych zwierząt, aby zidentyfikować konkretną mutację powodującą chorobę genetyczną.

„Podobnie jak ludzie, genomy zwierząt mutują w każdym pokoleniu” – powiedział dr Ekenstedt. „Te naturalnie występujące choroby są generowane przez spontaniczne mutacje. Wielu hodowców robi absolutnie wszystko, co w ich mocy, aby wyhodować zdrowe psy, ale choroby genetyczne nadal będą się pojawiać. Posiadanie narzędzi do identyfikacji nosicieli chorób będzie niezbędne do produkcji zdrowych szczeniąt, zwłaszcza w przypadku ras czystych o długiej tradycji z ograniczonymi pulami genetycznymi”.

Wielu studentów-naukowców w laboratorium pracuje nad mutacjami pojedynczego genu, które zazwyczaj są względnie proste do rozwiązania. Laboratorium pracuje również nad kilkoma bardziej złożonymi genetycznie chorobami, których nie można powiązać z pojedynczym genem. Ale jest jedna choroba — barwnikowe zapalenie błony naczyniowej oka u golden retrieverów — którą dr Ekenstedt uważa za białego wieloryba. Ona i dr Wendy Townsend, profesor okulistyki na Wydziale Weterynaryjnych Nauk Klinicznych, współpracują od lat, próbując złamać kod genetyczny choroby, która dotyka nawet jedną trzecią golden retrieverów.

„Problem z pigmentacyjnym zapaleniem błony naczyniowej oka polega na tym, że jest ono na tyle bolesne i zapalne, że czasami psy mają wyłuszczone oczy” – powiedział dr Ekenstedt. „Użyliśmy tych samych technik do analizy całej sekwencji genomu, ale zidentyfikowanie mutacji było bardzo trudne. Istnieje wiele powodów, dla których pozostaje nieuchwytny, co czyni go naprawdę zabawną, ale także frustrującą zagadką do rozwiązania. Byłbym bardzo podekscytowany, gdybyśmy mogli znaleźć odpowiedź, ponieważ na świecie jest tak wiele golden retrieverów, a wyeliminowanie tej choroby miałoby niezwykle pozytywny wpływ na rasę”.

Przy ponad 200 rasach psów zarejestrowanych w American Kennel Club i ciągle pojawiających się nowych chorobach genetycznych specyficznych dla rasy, laboratorium dr Ekenstedta będzie nadal rozwiązywać choroby genetyczne i oferować te testy za pośrednictwem ADDL, gdy tylko staną się dostępne. Przychody generowane ze sprzedaży testów są kierowane z powrotem do laboratorium ADDL i dr Ekenstedta w celu sfinansowania dalszych badań.

Oferowanie testów genetycznych za pośrednictwem ADDL umacnia reputację Purdue jako pionierskiej instytucji w dziedzinie genetyki psów, nieco zaniedbanej dziedziny badań w tym zawodzie. Dr Ekenstedt szacuje, że w Ameryce Północnej jest tylko kilkanaście laboratoriów prowadzących testy genetyczne psów. „W moim laboratorium pracuje zespół genialnych naukowców” — powiedział dr Ekenstedt. „Jestem przekonany, że nasz zespół jest w stanie rozwiązać wiele innych chorób genetycznych”.

Pisarz:
Kat Braz | pvmnews@purdue.edu