מבוא לעכבר המעבדה: שרירים

מכרסמים מהווים כ-90% מכלל בעלי החיים המשמשים במחקר, רובם עכברים.

עכברים קלים וזולים לתחזוקה, והדמיון הגנטי שלהם לבני אדם, יחד עם זמן הדור הקצר והפוריות הגבוהה שלהם, הופכים אותם למועמדים אידיאליים למניפולציה גנטית ולמחקר.

סרטון זה מספק סקירה כללית של העכבר כאורגניזם מודל ודן בכמה מהיישומים הרבים שלו במחקר ביולוגי וביו-רפואי.

עכבר הבית המצוי, Mus musculus, שייך למעמד היונקים של בעלי החוליות. עכברים נמצאים בסדר היונקים הגדול ביותר: רודנטיה, המאופיינת בחותכות גדולות הגדלות ברציפות לאורך כל חיי החיה.

עכברים הם בין היונקים הקטנים ביותר, שוקלים בממוצע 1 גרם בלידה ומגיעים למשקל השיא שלהם של כ-25 – 40 גרם בבגרותם.

בהשוואה ליונקים אחרים, מחזור החיים של העכבר גם הוא קצר יחסית. ההיריון נמשך 18 – 21 ימים בלבד, ובשלב זה הגורים נולדים חסרי שיער ועיוורים. בעוד שהם ניזונים מחלב אמם בשבועות הראשונים לחייהם, הגורים יתפתחו לבוגרים מינית בגיל 8 שבועות בלבד.

בשל יכולתם להסתגל למגוון סביבות, ניתן למצוא עכברים בכל יבשת מלבד אנטארקטיקה. כמין קומנסלי, עכברים חיים לעתים קרובות בקשר הדוק עם בני אדם; בין אם נרצה בכך ובין אם לא!

אז מדוע היצורים המוכרים האלה כל כך פופולריים במחקר?

יכולתם של עכברים לייצר במהירות מספר רב של צאצאים מאפשרת יצירה מהירה וזולה של מושבת בעלי חיים למחקר מדעי. בנוסף, העובדה שעכברים כל כך קטנים פירושה שניתן לשכן את המושבה בכמות מינימלית של מקום. לא ניתן לומר את אותו הדבר לגבי רוב היונקים.

למרות ההבדלים הפיזיים הניכרים בינינו, עכברים ויונקים שליה אחרים חולקים דמיון גנטי מדהים לבני אדם. גנום העכבר רוצף במלואו, מה שמקל על מניפולציות גנטיות כמו יצירת “נוק-אאוט”. עכברים, שהגנום שלהם משתנה כדי להחליף מקטע המקודד גנים ספציפיים בסמנים הניתנים לבחירה, ובכך להפיל את הגן הזה.

באמצעות עכברי נוק-אאוט, אנו יכולים להעריך את הדרישה הפיזיולוגית לתוצרי גנים בודדים, כמו בניסוי זה המודד שינויים בקצב הלב העוברי הנגרמים מהיעדר האנזים פורין.

קיימות משפחות רבות של זני עכברים מולדים. מכיוון שהאחידות שלהם מבטלת את המשתנים שעשויים להיווצר על ידי מגוון גנטי בקרב עכברים בודדים, השימוש בזנים אלה משפר את יכולת השחזור הניסיונית.

אבל איזה זן תבחר לניסוי שלך? התשובה תלויה ביותר מצבע הפרווה האהוב עליך. למעשה, אולי אפילו תרצה עכבר ללא פרווה כלל! ההרכב הגנטי של היצור הקטן הזה, המכונה עכבר העירום, מוביל לשיער חסר, אך גם לפגיעה חמורה במערכת החיסון. כתוצאה מכך, עכברים עירומים משמשים כמארחים טובים יותר לניסויים in vivo שבהם מוכנסת רקמה זרה, כמו במחקר זה העוקב אחר ההשתלה של תאי סרטן פלואורסצנטיים.

כעת, כשהבנתם עד כמה עכברים חשובים למדע, בואו נדבר על כמה תגליות מרגשות שחוקרים גילו באמצעות חיות המודל האלה.

בתחילת המאה ה-20, ויליאם א. קאסל הפך למדען הראשון שהשתמש בעכברים כדי לחקור גנטיקה במעבדה. קאסל ותלמידיו השיגו רבים מנושאי המחקר שלהם מאבי לת’רופ, חובבת שמכרה עכברים כחיות מחמד מביתה הסמוך. מעניין שחלק מהזנים הללו, כמו קו C57BL/6J, עדיין נמצאים בשימוש נפוץ במעבדות מחקר כיום.

בסוף שנות ה-20 של המאה ה-20 גילה סר אלכסנדר פלמינג את התכונות האנטיביוטיות של פניצילין באמצעות חיידקים בצלחת פטרי, אך רק כעבור כמעט 10 שנים אישרו הווארד פלורי וארנסט צ’יין את הפוטנציאל הפרמקולוגי שלו על ידי ריפוי עכברים שנדבקו בסטרפטוקוקים המוליטיים.

בשנת 1945, פלמינג, פלורי וצ’יין זכו להכרה על תרומתם זוכת פרס נובל לתחום הביו-רפואה.

בערך באותו זמן שבו התגלו האנטיביוטיקה, ג’ורג’ סנל תיאר לראשונה את האזור הכרומוזומלי הידוע כקומפלקס התאימות ההיסטולוגית הגדול, המקודד קולטנים המסייעים לתאי החיסון לזהות פולשים זרים. הידועים כאנטיגנים של לויקוציטים אנושיים בבני אדם, וריאנטים ספציפיים של קולטנים אלה קשורים להפרעות אוטואימוניות, שבהן רקמת המארח מזוהה בטעות כזרה.

רולף זינקרנגל ופיטר דוהרטי השתמשו אז במערכת מודל עכברים כדי לקבוע שזיהוי אנטיגן על ידי תאי T של מערכת החיסון אחראי להתחלת התגובה החיסונית.

בשנת 1997 הוענק לסטנלי פרוזינר פרס נובל על זיהוי פריונים? חלבונים לא מקופלים, זיהומיים? בעכברים שנדבקו במחלה הנוירודגנרטיבית, סקראפי.

עכברים היו גם חיוניים בעבודה שביצעו ריצ’רד אקסל ולינדה באק, ששיבטו לראשונה את המשפחה הגדולה של גנים של קולטני ריח. חלבונים אלה, המתבטאים על ידי נוירונים באפיתל הריח, מופעלים על ידי קשירה לריחות בשאיפה. באק ואקסל גם קידמו משמעותית את ההבנה שלנו כיצד האותות המיוצרים על ידי קולטנים אלה מועברים דרך המעגלים העצביים שלנו. ב-2004 הם זכו בפרס נובל על תגליותיהם פורצות הדרך.

כעת, לאחר שראיתם כיצד עבודת עכברים הניבה כמה ניסויים פורצי דרך מבחינה היסטורית, בואו נסתכל על כמה מסוגי המחקר שמתרחשים בעכברים כיום. בתור התחלה, עכברים משמשים לעתים קרובות במחקר התנהגותי.

לדוגמה, עכברים מייצרים דגמים נהדרים למדידת איזון מוטורי. הם משמשים גם לחקר האופן שבו המוח מתעד וזוכר זיכרונות, עם פרדיגמות התנהגותיות כמו מבוך המים של מוריס. במבחן זה של זיכרון מרחבי, עכברים מאומנים להשתמש ברמזים חזותיים כדי לאתר פלטפורמה ולברוח מבריכת מים.

מאחר שמערכת החיסון שלנו מתפקדת באופן דומה, עכברים הם גם מערכות טובות לחקר מחלות זיהומיות. לדוגמא, בניסוי זה, עכברים צורכים לחם מזוהם בליסטריה ואז נאספות רקמות שונות כדי לחקור את המנגנון שבאמצעותו פתוגן זה הנישא במזון מתפשט בכל הגוף.

ניתן להשתמש בעכברים גם כדי לחקור את התקדמות המחלה הנגיפית. במחקר זה, עכברים נדבקים תוך האף בנגיף ההרפס על מנת לחקות חשיפה פיזיולוגית לפתוגן.

הדמיון הגנטי הגבוה שלנו חשוב לא רק לחקירת מחלות אנושיות; הבנת התפתחות עכברים יכולה גם לשפר את הבנתנו את ההתפתחות האנושית. לדוגמה, במחקר זה, לסתות עובריות נחתכות ומגודלות בתרבית כדי לדמיין טוב יותר את התפתחות השיניים המוקדמת.

הרגע צפיתם בהקדמה של JoVE ל-Musculus. בסרטון הזה דנו במאפיינים כלליים של עכברים, מדוע הם כל כך פופולריים במעבדה, תגליות ציון דרך שנעשו במודל הזה, כמו גם כמה מהדרכים שבהן משתמשים בעכברים במחקר כיום. כמו תמיד, תודה שצפיתם ב-JoVE Science Education!