Un'introduzione al topo da laboratorio: Mus musculus

I roditori costituiscono circa il 90% di tutti gli animali utilizzati nella ricerca, la maggior parte dei quali sono topi.

I topi sono facili e poco costosi da mantenere e la loro somiglianza genetica con gli esseri umani, unita al loro breve tempo di generazione e all’elevata fertilità, li rendono candidati ideali per la manipolazione e lo studio genetico.

Questo video fornisce una panoramica del topo come organismo modello e discute alcune delle sue numerose applicazioni nella ricerca biologica e biomedica.

Il topo domestico comune, Mus musculus, appartiene alla classe dei vertebrati mammiferi. I topi si trovano nel più grande ordine di mammiferi: Rodentia, caratterizzato da grandi incisivi che crescono continuamente per tutta la vita dell’animale.

I topi sono tra i mammiferi più piccoli, pesano in media 1 g alla nascita e raggiungono il loro peso massimo di circa 25 – 40 g in età adulta.

Rispetto ad altri mammiferi, anche il ciclo di vita del topo è relativamente breve. La gestazione dura solo 18 – 21 giorni, a quel punto i cuccioli nascono glari e ciechi. Mentre si nutrono del latte materno per le prime settimane di vita, i cuccioli si svilupperanno in adulti sessualmente maturi a sole 8 settimane di età.

Grazie alla loro capacità di adattarsi a una varietà di ambienti, i topi possono essere trovati in tutti i continenti tranne l’Antartide. Come specie commensale, i topi vivono spesso in stretta associazione con gli esseri umani; che ci piaccia o no!

Allora perché queste creature familiari sono così popolari nella ricerca?

La capacità dei topi di produrre rapidamente un gran numero di prole consente la generazione rapida ed economica di una colonia di animali per l’indagine scientifica. Inoltre, il fatto che i topi siano così piccoli significa che la colonia può essere ospitata in una quantità minima di spazio. Lo stesso non si può dire per la maggior parte dei mammiferi.

Nonostante le nostre notevoli differenze fisiche, i topi e altri mammiferi placentari condividono una sorprendente somiglianza genetica con gli esseri umani. Il genoma del topo è stato completamente sequenziato, il che facilita le manipolazioni genetiche come la generazione di topi “knockout”, i cui genomi sono modificati per sostituire un segmento che codifica geni specifici con marcatori selezionabili, eliminando così quel gene.

Utilizzando topi knockout, possiamo valutare il fabbisogno fisiologico per i singoli prodotti genici, come in questo esperimento che misura i cambiamenti nella frequenza cardiaca embrionale causati dall’assenza dell’enzima Furin.

Esistono molte famiglie di ceppi di topo inbred. Poiché la loro uniformità elimina le variabili che possono essere introdotte dalla diversità genetica tra i singoli topi, l’uso di questi ceppi migliora la riproducibilità sperimentale.

Ma quale ceppo sceglierai per il tuo esperimento? La risposta dipende da più del tuo colore del cappotto preferito. In effetti, potresti persino volere un mouse senza cappotto! Il corredo genetico di questo piccolo critter, noto come topo nudo, porta a capelli mancanti, ma anche a un sistema immunitario gravemente compromesso. Di conseguenza, i topi nudi fungono da ospiti migliori per esperimenti in vivo in cui viene introdotto tessuto estraneo, come in questo studio che monitora l’attecchimento delle cellule tumorali fluorescenti.

Ora che hai capito quanto siano importanti i topi per la scienza, parliamo di alcune interessanti scoperte che i ricercatori hanno fatto usando questi animali modello.

All’inizio del 20 ° secolo, William E. Castle divenne il primo scienziato a utilizzare i topi per studiare la genetica in laboratorio. Castle e i suoi studenti hanno ottenuto molti dei loro soggetti di ricerca da Abbie Lathrop, una fantasista che vendeva topi come animali domestici dalla sua casa vicina. È interessante notare che alcuni di questi ceppi, come la linea C57BL / 6J, sono ancora comunemente usati nei laboratori di ricerca oggi.

Alla fine del 1920, Sir Alexander Fleming aveva scoperto le proprietà antibiotiche della penicillina usando i batteri in una capsula di Petri, ma fu solo quasi 10 anni dopo che Howard Florey ed Ernst Chain confermarono il suo potenziale farmacologico guarendo topi infetti da streptococchi emolitici.

Nel 1945, Fleming, Florey e Chain furono riconosciuti per i loro contributi premi Nobel nel campo della biomedicina.

Più o meno nello stesso periodo in cui venivano scoperti gli antibiotici, George Snell descrisse per la prima volta una regione cromosomica nota come il principale complesso di istocompatibilità, che codifica i recettori che aiutano le cellule immunitarie a rilevare gli invasori stranieri. Conosciuti come antigeni leucocitari umani nell’uomo, varianti specifiche di questi recettori sono legate a disturbi autoimmuni, in cui il tessuto ospite viene erroneamente identificato come estraneo.

Rolf Zinkernagel e Peter Doherty hanno quindi utilizzato un sistema di modelli murini per determinare che il riconoscimento dell’antigene da parte delle cellule T del sistema immunitario è responsabile dell’inizio della risposta immunitaria.

Nel 1997, Stanley Prusiner ha ricevuto il premio Nobel per l’identificazione di prioni – proteine infettive mal ripiegate – in topi infetti dalla malattia neurodegenerativa, la scrapie.

I topi sono stati anche determinanti nel lavoro svolto da Richard Axel e Linda Buck, che per primi hanno clonato la grande famiglia di geni dei recettori olfattivi. Queste proteine, espresse dai neuroni nell’epitelio olfattivo, vengono attivate legandosi agli odoranti inalati. Buck e Axel hanno anche notevolmente avanzato la nostra comprensione di come i segnali prodotti da questi recettori vengono trasmessi attraverso i nostri circuiti neurali. Nel 2004, hanno ricevuto il premio Nobel per le loro scoperte rivoluzionarie.

Ora che hai visto come il lavoro del topo ha prodotto alcuni esperimenti di riferimento storicamente, diamo un’occhiata ad alcuni dei tipi di ricerca in corso nei topi oggi. Per cominciare, i topi sono spesso usati nella ricerca comportamentale.

Ad esempio, i mouse sono ottimi modelli per misurare l’equilibrio del motore. Sono anche usati per studiare come il cervello registra e richiama i ricordi, con paradigmi comportamentali come il labirinto d’acqua di Morris. In questo test di memoria spaziale, i topi sono addestrati a utilizzare segnali visivi per localizzare una piattaforma e fuggire da una pozza d’acqua.

Poiché il nostro sistema immunitario funziona in modo simile, i topi sono anche buoni sistemi per studiare le malattie infettive. Ad esempio, in questo esperimento, i topi consumano pane contaminato da Listeria e quindi vengono raccolti vari tessuti per indagare sul meccanismo con cui questo agente patogeno di origine alimentare si diffonde in tutto il corpo.

I topi possono essere utilizzati anche per studiare la progressione della malattia virale. In questo studio, i topi sono infettati per via intranasale con il virus dell’herpes al fine di imitare l’esposizione fisiologica al patogeno.

La nostra elevata somiglianza genetica non è importante solo per indagare sulle malattie umane; comprendere lo sviluppo del topo può anche migliorare la nostra comprensione dello sviluppo umano. Ad esempio, in questo studio, le mascelle embrionali vengono sezionate e cresciute in coltura per visualizzare meglio lo sviluppo precoce dei denti.

Hai appena visto l’introduzione di JoVE a Mus musculus. In questo video, abbiamo discusso le caratteristiche generali dei topi, perché sono così popolari in laboratorio, le scoperte di riferimento fatte in questo modello, così come alcuni dei modi in cui i topi vengono utilizzati nella ricerca oggi. Come sempre, grazie per aver guardato JoVE Science Education!