مقدمة عن فأر المختبر: Mus musculus

تشكل القوارض حوالي 90% من إجمالي الحيوانات المستخدمة في الأبحاث، والتي يمثل الفئران غالبيتها.

تتميز الفئران بسهولة وانخفاض تكلفة تربيتها، كما أن تشابهها الجيني مع البشر، إلى جانب قصر فترة الجيل وارتفاع معدلات الخصوبة، يجعلها نماذج مثالية للتعديل الجيني والدراسة.

يقدم هذا الفيديو نظرة عامة على الفأر ككائن نموذجي، ويناقش بعض تطبيقاته العديدة في الأبحاث البيولوجية والطبية الحيوية.

ينتمي فأر المنزل الشائع، Mus musculus، إلى طائفة الثدييات من الفقاريات. وتوجد الفئران في أكبر رتبة من الثدييات وهي: Rodentia، والتي تتميز بقواطع كبيرة تنمو باستمرار طوال حياة الحيوان.

تعد الفئران من أصغر الثدييات، حيث يبلغ متوسط وزنها عند الولادة 1 g وتصل إلى ذروة وزنها التي تتراوح بين 25 - 40 g في مرحلة البلوغ.

وبالمقارنة مع الثدييات الأخرى، فإن دورة حياة الفأر قصيرة نسبياً؛ حيث تستمر فترة الحمل من 18 - 21 يومًا فقط، وعندها تولد الجراء بدون شعر وعمياء. وبينما تتغذى على حليب الأم في الأسابيع الأولى من حياتها، تنمو الجراء لتصبح بالغين ناضجين جنسياً بحلول عمر 8 أسابيع فقط.

ونظراً لقدرتها على التكيف مع بيئات متنوعة، يمكن العثور على الفئران في كل قارة باستثناء القارة القطبية الجنوبية. وباعتبارها نوعاً متعايشاً، تعيش الفئران غالباً في ارتباط وثيق مع البشر؛ سواء شئنا أم أبينا!

إذًا، لماذا تحظى هذه الكائنات المألوفة بشعبية كبيرة في الأبحاث؟

تسمح قدرة الفئران على إنتاج أعداد كبيرة من النسل بسرعة بتكوين مستعمرة من الحيوانات للبحث العلمي بشكل سريع وغير مكلف. بالإضافة إلى ذلك، فإن صغر حجم الفئران يعني إمكانية إيواء المستعمرة في أقل مساحة ممكنة، وهو أمر لا ينطبق على معظم الثدييات الأخرى.

على الرغم من الاختلافات الجسدية الملحوظة، تتشارك الفئران والثدييات المشيمية الأخرى في تشابه جيني مذهل مع البشر. لقد تم تسلسل جينوم الفأر بالكامل، مما يسهل التلاعبات الجينية مثل إنتاج الفئران "المعطلة جينياً" (knockout)، والتي يتم تعديل جينوماتها لاستبدال جزء يشفر جينات معينة بعلامات اختيارية، مما يؤدي إلى تعطيل ذلك الجين.

باستخدام الفئران المعطلة جينياً، يمكننا تقييم المتطلبات الفسيولوجية لنواتج الجينات الفردية، كما هو الحال في هذه التجربة التي تقيس التغيرات في معدل ضربات قلب الجنين الناتجة عن غياب إنزيم Furin.

توجد العديد من سلالات الفئران النقية (inbred). ونظرًا لأن تماثلها يلغي المتغيرات التي قد تنتج عن التنوع الجيني بين الفئران الفردية، فإن استخدام هذه السلالات يعزز من إمكانية تكرار النتائج التجريبية.

ولكن أي سلالة ستختار لتجربتك؟ تعتمد الإجابة على ما هو أكثر من مجرد لون الفراء المفضل لديك. في الواقع، قد ترغب في فأر بدون فراء على الإطلاق! إن التركيبة الجينية لهذا الكائن الصغير، المعروف باسم الفأر العاري (nude mouse)، تؤدي إلى فقدان الشعر، وأيضاً إلى ضعف شديد في الجهاز المناعي. ونتيجة لذلك، تعمل الفئران العارية كمضيفات أفضل للتجارب داخل الجسم (in vivo) حيث يتم إدخال أنسجة غريبة، كما في هذه الدراسة التي تراقب تطعيم خلايا سرطانية فلورية.

بعد أن أصبح لديك فهم لمدى أهمية الفئران في العلم، دعنا نتحدث عن بعض الاكتشافات المثيرة التي حققها الباحثون باستخدام هذه الحيوانات النموذجية.

في أوائل القرن العشرين، أصبح William E. Castle أول عالم يستخدم الفئران لدراسة علم الوراثة في المختبر. وقد حصل Castle وطلابه على العديد من عينات أبحاثهم من Abbie Lathrop، وهي مربية كانت تبيع الفئران كحيوانات أليفة من منزلها القريب. ومن المثير للاهتمام أن بعض هذه السلالات، مثل خط C57BL/6J، لا تزال مستخدمة بشكل شائع في مختبرات الأبحاث اليوم.

في أواخر عشرينيات القرن الماضي، اكتشف Sir Alexander Fleming الخصائص المضادة للميكروبات للبنسلين باستخدام البكتيريا في أطباق بتري، ولكن لم يتم تأكيد إمكاناته الدوائية إلا بعد مرور 10 سنوات تقريبًا، عندما قام Howard Florey و Ernst Chain بعلاج فئران مصابة بالمكورات العقدية الم溶혈ية (hemolytic streptococci).

في عام 1945، تم تكريم Fleming و Florey و Chain بمساهماتهم التي نالت جائزة نوبل في مجال الطب الحيوي.

في الوقت الذي كانت تُكتشف فيه المضادات الحيوية تقريبًا، وصف George Snell لأول مرة منطقة كروموسومية تُعرف باسم معقد التوافق النسيجي الرئيسي (major histocompatibility complex)، والذي يشفر مستقبلات تساعد الخلايا المناعية على اكتشاف الغزاة الغرباء. وترتبط متغيرات محددة من هذه المستقبلات، المعروفة باسم مستضدات الكريات البيضاء البشرية في البشر، باضطرابات المناعة الذاتية، حيث يتم التعرف على أنسجة المضيف بالخطأ على أنها أجسام غريبة.

ثم استخدم Rolf Zinkernagel و Peter Doherty نظام نموذج من الفئران لتحديد أن التعرف على المستضد بواسطة الخلايا T في الجهاز المناعي هو المسؤول عن بدء الاستجابة المناعية.

في عام 1997، حصل Stanley Prusiner على جائزة نوبل لتحديده للبريونات — وهي بروتينات معدية مطوية بشكل خاطئ — في فئران مصابة بمرض الرعاش (scrapie)، وهو مرض عصبي تنكسي.

كما كانت الفئران أساسية في العمل الذي قام به Richard Axel و Linda Buck، اللذان قاما لأول مرة باستنساخ العائلة الكبيرة من جينات مستقبلات الشم. هذه البروتينات، التي تعبر عنها الخلايا العصبية في الظهارة الشمية، يتم تفعيلها عن طريق الارتباط بالمواد الشمية المستنشقة. كما ساهم Buck و Axel بشكل كبير في تعزيز فهمنا لكيفية نقل الإشارات الناتجة عن هذه المستقبلات عبر دوائرنا العصبية. وفي عام 2004، نالا جائزة نوبل لاكتشافاتهما الرائدة.

بعد أن رأيتم كيف أنتج العمل على الفئران بعض التجارب التاريخية المرجعية، دعونا نلقي نظرة على بعض أنواع الأبحاث الجارية على الفئران اليوم. كبداية، تُستخدم الفئران بشكل متكرر في الأبحاث السلوكية.

على سبيل المثال، تُعد الفئران نماذج ممتازة لقياس التوازن الحركي. كما تُستخدم أيضاً لدراسة كيفية تسجيل الدماغ للذكريات واستعادتها، وذلك باستخدام نماذج سلوكية مثل متاهة موريس المائية. وفي هذا الاختبار للذاكرة المكانية، يتم تدريب الفئران على استخدام إشارات بصرية لتحديد موقع منصة والهروب من حوض مائي.

ونظراً لأن أجهزتنا المناعية تعمل بشكل متماثل، تُعد الفئران أيضاً أنظمة جيدة لدراسة الأمراض المعدية. فعلى سبيل المثال، في هذه التجربة، تستهلك الفئران خبزاً ملوثاً ببكتيريا Listeria، ومن ثم تُجمع أنسجة مختلفة للبحث في الآلية التي ينتشر بها هذا الممرض المنقول بالغذاء في جميع أنحاء الجسم.

ويمكن استخدام الفئران لدراسة تطور الأمراض الفيروسية أيضاً. ففي هذه الدراسة، تُحقن الفئران عن طريق الأنف بفيروس الهربس لمحاكاة التعرض الفسيولوجي للممرض.

إن التشابه الجيني العالي بيننا ليس مهماً فقط لاستقصاء الأمراض البشرية؛ بل إن فهم نمو الفئران يمكن أن يحسن أيضاً فهمنا للنمو البشري. على سبيل المثال، في هذه الدراسة، يتم تقطيع الفكوك الجنينية وزراعتها في مستنبت لتحسين رؤية التطور المبكر للأسنان.

لقد شاهدتم للتو مقدمة JoVE عن Mus musculus. ناقشنا في هذا الفيديو الخصائص العامة للفئران، وأسباب شعبيتها الكبيرة في المختبرات، والاكتشافات البارزة التي تحققت باستخدام هذا النموذج، بالإضافة إلى بعض الطرق التي تُستخدم بها الفئران في الأبحاث اليوم. وكما هو الحال دائماً، نشكركم على مشاهدة JoVE Science Education!