Mysz laboratoryjna - Laboratory mouse

Rysowanie linii myszy laboratoryjnej
Mysz laboratoryjna SCID albinos
Mysz laboratoryjna z kolorem pośrednim

Mysz laboratorium lub laboratorium mysz to mały ssak z rzędu Rodentia , który jest hodowany i używane do badań naukowych lub karmniki dla niektórych zwierząt. Myszy laboratoryjne są zwykle z gatunku Mus musculus . Są one najczęściej stosowanym modelem badawczym ssaków i są wykorzystywane do badań w genetyce , psychologii , medycynie i innych dyscyplinach naukowych. Myszy należą do kladu Euarchontoglires , który obejmuje ludzi. Ten bliski związek, powiązana wysoka homologia z ludźmi, łatwość ich utrzymania i obsługi oraz wysoki wskaźnik reprodukcji sprawiają, że myszy są szczególnie odpowiednimi modelami do badań zorientowanych na człowieka. Genom myszy laboratoryjnej został zsekwencjonowany i wiele genów myszy ma ludzkie homologi.

Inne gatunki myszy czasami wykorzystywane w badaniach laboratoryjnych to dwa gatunki amerykańskie, mysz białonoga ( Peromyscus leucopus ) i północnoamerykańska mysz jeleniowa ( Peromyscus maniculatus ).

Historia jako model biologiczny

Myszy były wykorzystywane w badaniach biomedycznych od XVII wieku (od 30 maja 1678), kiedy William Harvey używał ich do swoich badań nad reprodukcją i krążeniem krwi, a Robert Hooke używał ich do badania biologicznych konsekwencji wzrostu ciśnienia powietrza. W XVIII wieku Joseph Priestley i Antoine Lavoisier używali myszy do badania oddychania . W XIX wieku Gregor Mendel przeprowadził wczesne badania nad dziedziczeniem koloru sierści myszy, ale został poproszony przez swojego przełożonego o zaprzestanie rozmnażania w jego celi „śmierdzących stworzeń, które dodatkowo kopulowały i uprawiały seks”. Następnie przerzucił swoje badania na groszek, ale ponieważ jego obserwacje zostały opublikowane w nieco mało znanym czasopiśmie botanicznym, były one praktycznie ignorowane przez ponad 35 lat, dopóki nie zostały ponownie odkryte na początku XX wieku. W 1902 Lucien Cuénot opublikował wyniki swoich eksperymentów na myszach, które wykazały, że prawa dziedziczenia Mendla obowiązują również w przypadku zwierząt — wyniki, które wkrótce zostały potwierdzone i rozszerzone na inne gatunki.

Na początku 20 wieku, Harvard licencjackich Clarence Cooka Niewiele było przeprowadzanie badań dotyczących genetyki myszy w laboratorium William Ernest zamku . Little i Castle ściśle współpracowali z Abbie Lathrop , hodowczynią fantazyjnych myszy i szczurów, które sprzedawała hobbystom gryzoni i hodowcom egzotycznych zwierząt domowych, a później zaczęła sprzedawać w dużych ilościach badaczom naukowym. Razem stworzyli szczep wsobny myszy DBA (Dilute, Brown i non-Agouti) i zainicjowali systematyczne generowanie szczepów wsobnych. Mysz była od tego czasu szeroko wykorzystywana jako organizm modelowy i jest związana z wieloma ważnymi odkryciami biologicznymi XX i XXI wieku.

Jackson Laboratory w Bar Harbor, Maine jest obecnie jednym z największych światowych dostawców myszy laboratoryjnych, na około 3 miliony myszy rocznie. Laboratorium jest również światowym źródłem ponad 8000 szczepów genetycznie zdefiniowanych myszy i jest siedzibą bazy danych Mouse Genome Informatics .

Reprodukcja

1-dniowe szczenięta

Początek rozmnażania występuje w wieku około 50 dni zarówno u samic, jak i samców, chociaż samice mogą mieć pierwszą ruję w 25-40 dniu. Myszy są poliestrowe i rozmnażają się przez cały rok; owulacja jest spontaniczna. Czas trwania cyklu rujowego wynosi 4-5 dni i trwa około 12 godzin, występując wieczorem. Rozmazy z pochwy są przydatne w kojarzeniu na czas w celu określenia etapu cyklu rujowego. Kopulacja może być potwierdzona obecnością czopu kopulacyjnego w pochwie do 24 godzin po kopulacji. Obecność plemników w wymazach z pochwy jest również wiarygodnym wskaźnikiem krycia.

Średni okres ciąży wynosi 20 dni. Płodna ruja poporodowa występuje 14–24 godzin po porodzie , a jednoczesna laktacja i ciąża wydłuża ciążę o 3–10 dni ze względu na opóźnioną implantację. Średnia wielkość miotu wynosi 10-12 podczas optymalnej produkcji, ale jest silnie zależna od szczepu. Z reguły myszy wsobne mają dłuższe okresy ciąży i mniejsze mioty niż myszy niekrewniacze i hybrydowe . Młode nazywane są szczeniętami i ważą 0,5-1,5 g (0,018-0,053 uncji) przy urodzeniu, są bezwłose i mają zamknięte powieki i uszy. Szczenięta są odstawiane od piersi w wieku 3 tygodni, kiedy ważą około 10-12 g (0,35-0,42 uncji). Jeśli samica nie kojarzy się podczas rui poporodowej, powraca do cyklu 2–5 dni po odsadzeniu.

Nowonarodzone samce odróżnia się od nowonarodzonych samic poprzez większą odległość odbytowo - płciową i większą brodawkę narządów płciowych u samca. Najlepiej to osiągnąć podnosząc ogony osobnikom z miotu i porównując krocze .

Genetyka i szczepy

Myszy to ssaki należące do kladu (grupy składającej się z przodka i wszystkich jego potomków) Euarchontoglires , co oznacza, że ​​są jednymi z najbliższych krewnych ludzi nie będących ssakami naczelnymi, obok zajęczaków , wiewiórek i latających lemurów .

Euarchontoglires
błyszczy
 

RODENTIA (gryzoni)

 
 

Lagomorpha (króliki, zające, szczupaki)

 
 
Euarchonta
 

Scandentia (wióry)

 
pierwotniak
 

Dermoptera (latające lemury)

 
 
 

Naczelne († Plesiadapiformes , Strepsirrhini , Haplorrhini )

 
 
 
 
 

Myszy laboratoryjne to ten sam gatunek co mysz domowa ; jednak często różnią się one zachowaniem i fizjologią . Istnieją setki uznanych szczepów wsobnych , niewsobnych i transgenicznych . Szczep , w odniesieniu do gryzoni, jest grupa, w której wszyscy członkowie są tak blisko jak to możliwe genetycznie identyczne. U myszy laboratoryjnych osiąga się to poprzez chów wsobny . Mając taki typ populacji, można przeprowadzać eksperymenty na temat ról genów lub przeprowadzać eksperymenty, które wykluczają zmienność genetyczną jako czynnik. W przeciwieństwie do tego, populacje niekrewniacze są używane, gdy identyczne genotypy są niepotrzebne lub wymagana jest populacja o zmienności genetycznej i są one zwykle określane jako stada, a nie szczepy . Opracowano ponad 400 standaryzowanych szczepów wsobnych.

Większość myszy laboratoryjnych to hybrydy różnych podgatunków, najczęściej Mus musculus domesticus i Mus musculus musculus . Myszy laboratoryjne mogą mieć różne kolory sierści, w tym agouti, czarny i albinos . Wiele (ale nie wszystkie) szczepy laboratoryjne są wsobne. Poszczególne szczepy są identyfikowane za pomocą określonych kombinacji literowo-cyfrowych; na przykład C57BL/6 i BALB/c . Pierwsze takie szczepy wsobne zostały wyprodukowane w 1909 roku przez Clarence'a Cooka Little'a , który miał wpływ na promowanie myszy jako organizmu laboratoryjnego. Szacuje się, że w 2011 roku 83% gryzoni laboratoryjnych dostarczonych do USA stanowiły myszy laboratoryjne C57BL/6.

Genom

Sekwencjonowanie laboratoryjnego genomu myszy zakończono pod koniec 2002 roku przy użyciu szczepu C57BL/6. Był to dopiero drugi genom ssaka, który został zsekwencjonowany po człowieku. Haploidalny genom o trzech miliardów par zasad długi (3,000 Mb rozmieszczone ponad 19 chromosomów, plus 1 autosomalne odpowiednio 2 chromosomów płciowych), w związku z tym równa wielkości ludzkiego genomu. Oszacowanie liczby genów zawartych w genomie myszy jest trudne, po części dlatego, że definicja genu jest wciąż dyskutowana i rozszerzana. Obecna liczba pierwotnych genów kodujących u myszy laboratoryjnych wynosi 23 139. w porównaniu do szacunkowych 20 774 u ludzi.

Zmutowane i transgeniczne szczepy

Dwie myszy eksprymujące wzmocnione zielone białko fluorescencyjne w świetle UV, flankujące jedną zwykłą mysz z nietransgenicznej linii rodzicielskiej.
Porównanie myszy z nokautem Obese (po lewej) i normalnej myszy laboratoryjnej (po prawej).

Różne zmutowane szczepy myszy zostały stworzone różnymi metodami. Mały wybór spośród wielu dostępnych szczepów obejmuje:

Od 1998 roku możliwe jest klonowanie myszy z komórek pochodzących od dorosłych zwierząt.

Wygląd i zachowanie

Myszy laboratoryjne zachowały wiele cech fizycznych i behawioralnych myszy domowych; jednak z powodu wielu pokoleń sztucznej selekcji niektóre z tych cech różnią się obecnie znacznie. Ze względu na dużą liczbę szczepów myszy laboratoryjnych niepraktyczne jest wyczerpujące opisywanie wyglądu i zachowania wszystkich z nich; jednak są one opisane poniżej dla dwóch najczęściej używanych szczepów.

C57BL/6

Samica myszy laboratoryjnej C57BL/6
Główny artykuł: C57BL/6

Myszy C57BL/6 mają ciemnobrązową, prawie czarną sierść. Są bardziej wrażliwe na hałas i zapachy i częściej gryzą niż łagodniejsze szczepy laboratoryjne, takie jak BALB/c .

Utrzymywane w grupach myszy C57BL/6 (i inne szczepy) wykazują zachowanie fryzjerskie, w którym dominująca mysz w klatce selektywnie usuwa sierść swoim podrzędnym towarzyszom z klatki. Myszy, które były intensywnie ostrzyżone, mogą mieć duże łysiny na ciele, zwykle wokół głowy, pyska i ramion, chociaż fryzjer może pojawić się w dowolnym miejscu na ciele. Można usunąć zarówno włosy, jak i wibrysy . Fryzura jest częściej obserwowana u samic myszy; samce myszy częściej wykazują dominację podczas walki.

C57BL/6 ma kilka niezwykłych cech, które czynią go przydatnym w niektórych badaniach naukowych, ale nieodpowiednim dla innych: jest niezwykle wrażliwy na ból i zimno, a leki przeciwbólowe są mniej skuteczne w tym szczepie. W przeciwieństwie do większości szczepów myszy laboratoryjnych, C57BL/6 dobrowolnie pije napoje alkoholowe . Jest bardziej podatny niż przeciętnie na uzależnienie od morfiny , miażdżycę i utratę słuchu związaną z wiekiem . W porównaniu bezpośrednio z myszami BALB/c, myszy C57BL/6 również wyrażają zarówno silną reakcję na nagrody społeczne, jak i empatię.

BALB/c

Główny artykuł: BALB/c
Myszy laboratoryjne BALB/c

BALB/c to wyhodowany w laboratorium szczep albinosów, z którego pochodzi wiele wspólnych podszczepów. Z ponad 200 pokoleniami hodowanymi od 1920 roku, myszy BALB/c są dystrybuowane na całym świecie i należą do najszerzej stosowanych szczepów wsobnych wykorzystywanych w eksperymentach na zwierzętach .

BALB/c są znane z tego, że wykazują wysoki poziom lęku i są stosunkowo odporne na miażdżycę wywołaną dietą , co czyni je użytecznym modelem do badań sercowo-naczyniowych.

Samce myszy BALB/c są agresywne i będą walczyć z innymi samcami, jeśli trzymane są razem. Jednak pododmiana BALB/Lac jest znacznie bardziej posłuszna. Większość podszczepów myszy BALB/c ma długą żywotność reprodukcyjną.

Zauważono różnice między różnymi podszczepami BALB/c, chociaż uważa się, że są one spowodowane raczej mutacją niż zanieczyszczeniem genetycznym. BALB/cWt jest niezwykły, ponieważ 3% potomstwa wykazuje prawdziwy hermafrodytyzm .

Uprawa roli

Mysz laboratoryjna (zwróć uwagę na kolczyk)

Obsługiwanie

Tradycyjnie myszy laboratoryjne były chwytane za podstawę ogona. Jednak ostatnie badania wykazały, że ten rodzaj postępowania zwiększa lęk i zachowania awersyjne. Zamiast tego zaleca się posługiwanie się myszami za pomocą tunelu lub złożonych dłoni. W testach behawioralnych myszy trzymane za ogon wykazują mniejszą chęć do eksploracji i badania bodźców testowych, w przeciwieństwie do myszy trzymanych w tunelu, które chętnie badają i wykazują silne reakcje na bodźce testowe.

Odżywianie

W naturze myszy są zazwyczaj roślinożercami , żywiąc się szeroką gamą owoców lub zbóż. Jednak w badaniach laboratoryjnych zwykle konieczne jest unikanie zmienności biologicznej i aby to osiągnąć, myszy laboratoryjne są prawie zawsze karmione wyłącznie komercyjną paszą w postaci granulek dla myszy. Spożycie pokarmu wynosi około 15 g (0,53 uncji) na 100 g (3,5 uncji) masy ciała dziennie; spożycie wody wynosi około 15 ml (0,53 imp fl oz; 0,51 US fl oz) na 100 g masy ciała dziennie.

Procedury wstrzykiwania

Drogi podawania zastrzyków myszom laboratoryjnym to głównie podskórne , dootrzewnowe i dożylne . Nie zaleca się podawania domięśniowego ze względu na małą masę mięśniową. Możliwe jest również podanie śródmózgowe . Każda droga ma zalecane miejsce wstrzyknięcia, przybliżony rozstaw igły i zalecaną maksymalną objętość wstrzykiwaną jednorazowo w jednym miejscu, zgodnie z poniższą tabelą:

Trasa Polecana strona Rozstaw igieł Maksymalna objętość
podskórny grzbiet, między łopatką 25-26 ga 2-3 ml
dootrzewnowo lewa dolna ćwiartka 25-27 ga 2-3 ml
dożylny boczna żyła ogonowa 27-28 ga 0,2 ml
domięśniowy kończyna tylna, udo ogonowe 26-27 ga 0,05 ml
domózgowy czaszka 27 ga

Aby ułatwić dożylne wstrzyknięcie w ogon, myszy laboratoryjne można ostrożnie ogrzać lampami grzewczymi w celu rozszerzenia naczyń krwionośnych.

Znieczulenie

Powszechnym schematem znieczulenia ogólnego myszy domowej jest ketamina (w dawce 100 mg na kg masy ciała) plus ksylazyna (w dawce 5–10 mg na kg), wstrzykiwana dootrzewnowo. Ma czas działania około 30 minut.

Eutanazja

Zatwierdzone procedury eutanazji myszy laboratoryjnych obejmują sprężony CO
2gaz, wstrzykiwane barbituranowe środki znieczulające , wziewne środki znieczulające, takie jak halotan, oraz metody fizyczne, takie jak zwichnięcie szyjki macicy i dekapitacja. W 2013 roku American Veterinary Medical Association wydało nowe wytyczne dotyczące CO
2 indukcję, stwierdzając, że prędkość przepływu od 10% do 30% objętości/min jest optymalna dla uśmiercania myszy laboratoryjnych.

Podatność na patogeny

W niedawnym badaniu wykryto mysiego astrowirusa u myszy laboratoryjnych utrzymywanych w ponad połowie badanych instytutów w USA i Japonii. Mysi astrowirusy znaleziono w dziewięciu szczepach myszy, w tym NSG , NOD-SCID , NSG-3GS , C57BL6 - Timp-3 -/- , uPA-NOG , B6J , ICR, Bash2 i BALB/C , o różnym stopniu rozpowszechnienia. Patogeniczność mysiego astrowirusa nie była znana.

Prawodawstwo w badaniach

Zjednoczone Królestwo

W Wielkiej Brytanii, podobnie jak w przypadku wszystkich innych kręgowców i niektórych bezkręgowców, każda procedura naukowa, która może spowodować „ból, cierpienie, niepokój lub trwałe uszkodzenie”, jest regulowana przez Ministerstwo Spraw Wewnętrznych zgodnie z Ustawą o Zwierzętach (Procedury Naukowe) z 1986 roku . Przepisy brytyjskie są uważane za jedne z najbardziej wszechstronnych i rygorystycznych na świecie. Szczegółowe dane na temat wykorzystania myszy laboratoryjnych (i innych gatunków) w badaniach w Wielkiej Brytanii są publikowane każdego roku. W Wielkiej Brytanii w 2013 r. przeprowadzono łącznie 3 077 115 regulowanych procedur na myszach w naukowych placówkach procedur, licencjonowanych zgodnie z ustawą.

Stany Zjednoczone

W Stanach Zjednoczonych myszy laboratoryjne nie podlegają przepisom ustawy o dobrostanie zwierząt administrowanej przez USDA APHIS . Jednak ustawa o publicznej służbie zdrowia (PHS) administrowana przez Narodowe Instytuty Zdrowia oferuje standard ich opieki i użytkowania. Zgodność z PHS jest wymagana, aby projekt badawczy mógł otrzymać fundusze federalne. Polityką PHS zarządza Biuro Dobrostanu Zwierząt Laboratoryjnych. Wiele akademickich instytutów badawczych stara się o akredytację dobrowolnie, często za pośrednictwem Stowarzyszenia ds. Oceny i Akredytacji Opieki nad Zwierzętami Laboratoryjnymi , które utrzymuje standardy opieki zawarte w Przewodniku opieki i użytkowania zwierząt laboratoryjnych oraz polityce PHS. Ta akredytacja nie jest jednak warunkiem wstępnym dla finansowania federalnego, w przeciwieństwie do faktycznej zgodności.

Ograniczenia

Podczas gdy myszy są zdecydowanie najczęściej używanymi zwierzętami w badaniach biomedycznych, ostatnie badania uwypukliły ich ograniczenia. Na przykład, przydatność gryzoni w testowaniu sepsy , oparzeń , stanów zapalnych , udaru , ALS , choroby Alzheimera , cukrzycy , raka , stwardnienia rozsianego , choroby Parkinsona i innych chorób była kwestionowana przez wielu badaczy. Jeśli chodzi o eksperymenty na myszach, niektórzy badacze skarżyli się, że „zmarnowano lata i miliardy dolarów na fałszywe tropy” w wyniku zaabsorbowania wykorzystywaniem tych zwierząt w badaniach.

Myszy różnią się od ludzi kilkoma właściwościami odpornościowymi: myszy są bardziej odporne na niektóre toksyny niż ludzie; mają niższą całkowitą frakcję neutrofili we krwi , mniejszą pojemność enzymatyczną neutrofili , mniejszą aktywność układu dopełniacza oraz inny zestaw pentraksyn zaangażowanych w proces zapalny ; i brak genów ważnych składników układu odpornościowego, takich jak IL-8 , IL-37 , TLR10 , ICAM-3 , itp. Myszy laboratoryjne hodowane w warunkach wolnych od swoistych patogenów (SPF) mają zwykle raczej niedojrzały układ odpornościowy z deficyt komórek T pamięci . Te myszy mogą mieć ograniczoną różnorodność mikroflory , co bezpośrednio wpływa na układ odpornościowy i rozwój stanów patologicznych. Co więcej, uporczywe infekcje wirusowe (na przykład herpeswirusy ) są aktywowane u ludzi, ale nie u myszy SPF z powikłaniami septycznymi i mogą zmieniać odporność na koinfekcje bakteryjne . Myszy „brudne” prawdopodobnie lepiej nadają się do naśladowania ludzkich patologii. Ponadto w przeważającej większości badań wykorzystuje się wsobne szczepy myszy, podczas gdy populacja ludzka jest heterogeniczna, co wskazuje na znaczenie badań na myszach hybrydowych, niekrewniaczych i nieliniowych.

Artykuł w The Scientist zauważa: „Problemy związane z wykorzystywaniem modeli zwierzęcych w chorobach człowieka wynikają z metabolicznych, anatomicznych i komórkowych różnic między ludźmi a innymi stworzeniami, ale problemy są jeszcze głębsze”, w tym problemy z projektem i wykonaniem samych testów. Ponadto umieszczanie w klatkach zwierząt laboratoryjnych może sprawić, że staną się one nieistotnymi modelami ludzkiego zdrowia, ponieważ zwierzętom tym brakuje codziennych różnic w doświadczeniach, sprawczości i wyzwaniach, z którymi mogą sobie poradzić. Zubożałe środowiska w klatkach małych myszy mogą mieć szkodliwy wpływ na wyniki biomedyczne, szczególnie w odniesieniu do badań nad zdrowiem psychicznym i systemami, które zależą od zdrowych stanów psychicznych.

Na przykład naukowcy odkryli, że wiele myszy w laboratoriach jest otyłych z powodu nadmiaru jedzenia i minimalnego wysiłku fizycznego, co zmienia ich fizjologię i metabolizm leków. Wiele zwierząt laboratoryjnych, w tym myszy, jest przewlekle zestresowanych, co może również negatywnie wpływać na wyniki badań i zdolność do dokładnej ekstrapolacji wyników na ludzi. Naukowcy zauważyli również, że wiele badań z udziałem myszy jest źle zaprojektowanych, co prowadzi do wątpliwych wyników.

Niektóre badania sugerują, że nieodpowiednie opublikowane dane z testów na zwierzętach mogą skutkować nieodtwarzalnymi badaniami, przy czym brakujące szczegóły dotyczące sposobu przeprowadzania eksperymentów są pomijane w opublikowanych artykułach lub różnice w testach, które mogą wprowadzać stronniczość. Przykłady ukrytych uprzedzeń obejmują badanie z 2014 r. z McGill University, które sugeruje, że myszy obsługiwane przez mężczyzn, a nie kobiety, wykazywały wyższy poziom stresu. Inne badanie z 2016 roku sugerowało, że mikrobiomy jelitowe myszy mogą mieć wpływ na badania naukowe.

Wielkość rynku

Przewiduje się, że światowy rynek myszy ze zmienionymi genami wzrośnie do 1,59 miliarda dolarów do 2022 roku, rosnąc w tempie 7,5 procent rocznie.

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

Zewnętrzne linki

Taksonomia

Genetyka

Głoska bezdźwięczna

Dalsza lektura