Wprowadzenie do myszy laboratoryjnej: Mus musculus

Gryzonie stanowią około 90% wszystkich zwierząt wykorzystywanych w badaniach, z czego większość stanowią myszy.

Myszy są łatwe i tanie w utrzymaniu, a ich podobieństwo genetyczne do ludzi, w połączeniu z krótkim czasem generacji i wysoką płodnością, czyni je idealnymi kandydatami do manipulacji genetycznych i badań.

Niniejszy film przedstawia ogólny przegląd myszy jako organizmu modelowego i omawia niektóre z jej wielu zastosowań w badaniach biologicznych i biomedycznych.

Mysz domowa, Mus musculus, należy do klasy ssaków kręgowców. Myszy zaliczane są do największego rzędu ssaków: gryzoni (Rodentia), które charakteryzują się dużymi siekaczami rosnącymi nieprzerwanie przez całe życie zwierzęcia.

Myszy należą do najmniejszych ssaków; ich średnia masa urodzeniowa wynosi 1 g, a w wieku dorosłym osiągają maksymalną masę około 25 - 40 g.

W porównaniu z innymi ssakami cykl życiowy myszy jest również stosunkowo krótki. Ciąża trwa zaledwie 18 - 21 dni, po których rodzą się bezwłose i ślepe młode. Chociaż przez pierwsze tygodnie życia żywią się mlekiem matki, młode osiągają dojrzałość płciową już w 8. tygodniu życia.

Ze względu na zdolność adaptacji do różnorodnych środowisk myszy występują na każdym kontynencie z wyjątkiem Antarktydy. Jako gatunek komensalny myszy często żyją w bliskim sąsiedztwie ludzi, niezależnie od naszej woli!

Dlaczego zatem te znane stworzenia są tak popularne w badaniach?

Zdolność myszy do szybkiego wydawania na świat licznego potomstwa pozwala na szybkie i niedrogie tworzenie kolonii zwierząt do badań naukowych. Ponadto fakt, że myszy są tak małe, sprawia, że kolonia może być utrzymywana na minimalnej powierzchni. W przypadku większości ssaków nie można powiedzieć tego samego.

Mimo znacznych różnic fizycznych, myszy i inne ssaki łożyskowe wykazują uderzające podobieństwo genetyczne do ludzi. Genom myszy został w pełni zsekwencjonowany, co ułatwia manipulacje genetyczne, takie jak tworzenie myszy typu „knockout”, których genomy są modyfikowane poprzez zastąpienie segmentu kodującego konkretne geny markerami selekcyjnymi, co prowadzi do wyłączenia danego genu.

Wykorzystując myszy typu knockout, możemy ocenić fizjologiczną potrzebę obecności produktów poszczególnych genów, jak w tym eksperymencie, w którym mierzy się zmiany tętna embrionalnego spowodowane brakiem enzymu Furin.

Istnieje wiele rodzin inbredowych szczepów myszy. Ponieważ ich jednorodność eliminuje zmienne, które mogłyby wynikać z różnorodności genetycznej poszczególnych osobników, stosowanie tych szczepów poprawia powtarzalność eksperymentów.

Ale który szczep wybrać do swojego eksperymentu? Odpowiedź zależy od czegoś więcej niż tylko od ulubionego koloru futra. W rzeczywistości możesz potrzebować myszy, która w ogóle nie ma futra! Budowa genetyczna tego małego stworzenia, znanego jako mysz naga, prowadzi do braku owłosienia, ale także do poważnie upośledzonego układu odpornościowego. W rezultacie myszy nagie stanowią lepsze gospodarze dla eksperymentów in vivo, w których wprowadza się obcą tkankę, jak w niniejszym badaniu monitorującym przyżycie fluorescencyjnych komórek nowotworowych.

Skoro już wiemy, jak ważna rola w nauce przypada myszom, porozmawiajmy o kilku przełomowych odkryciach, których badacze dokonali z wykorzystaniem tych zwierząt modelowych.

Na początku XX wieku William E. Castle został pierwszym naukowcem, który wykorzystał myszy do badań nad genetyką w laboratorium. Castle i jego studenci pozyskiwali wiele obiektów badawczych od Abbie Lathrop, hodowczyni sprzedającej myszy jako zwierzęta domowe ze swojego pobliskiego domu. Co ciekawe, niektóre z tych linii, takie jak C57BL/6J, są powszechnie stosowane w laboratoriach badawczych do dziś.

Pod koniec lat 20. XX wieku Sir Alexander Fleming odkrył właściwości antybiotyczne penicyliny, badając bakterie w szalce Petriego, jednak dopiero niemal 10 lat później Howard Florey i Ernst Chain potwierdzili jej potencjał farmakologiczny, lecząc myszy zainfekowane paciorkowcami hemolitycznymi.

W 1945 roku Fleming, Florey i Chain zostali uhonorowani Nagrodą Nobla za ich wkład w rozwój biomedycyny.

Około tego samego czasu, gdy odkrywano antybiotyki, George Snell po raz pierwszy opisał region chromosomowy znany jako główny kompleks zgodności tkankowej (MHC), który koduje receptory pomagające komórkom odpornościowym wykrywać obce patogeny. W przypadku ludzi znane jako ludzkie antygeny leukocytarne (HLA), specyficzne warianty tych receptorów są powiązane z chorobami autoimmunologicznymi, w których tkanki gospodarza są błędnie identyfikowane jako obce.

Rolf Zinkernagel i Peter Doherty wykorzystali następnie model mysi, aby wykazać, że za inicjację odpowiedzi odpornościowej odpowiada rozpoznawanie antygenów przez limfocyty T układu immunologicznego.

W 1997 roku Stanley Prusiner otrzymał Nagrodę Nobla za zidentyfikowanie prionów — błędnie sfałdowanych, zakaźnych białek — u myszy zainfekowanych neurodegeneracyjną chorobą, jaką jest scrapie (drżączka).

Myszy odegrały również kluczową rolę w pracy Richarda Axela i Lindy Buck, którzy jako pierwsi sklonowali dużą rodzinę genów receptorów węchowych. Białka te, ekspresowane przez neurony w nabłonku węchowym, są aktywowane poprzez wiązanie się z wdychanymi substancjami zapachowymi. Buck i Axel znacząco poszerzyli naszą wiedzę na temat tego, jak sygnały generowane przez te receptory są przekazywane przez obwody neuronalne. W 2004 roku zostali uhonorowani Nagrodą Nobla za swoje przełomowe odkrycia.

Skoro zobaczyli Państwo, jak badania na myszach doprowadziły do przełomowych eksperymentów w historii, przyjrzyjmy się teraz rodzajom badań prowadzonych obecnie na tych zwierzętach. Na początek warto wspomnieć, że myszy są często wykorzystywane w badaniach behawioralnych.

Na przykład myszy stanowią doskonałe modele do pomiaru równowagi motorycznej. Wykorzystuje się je również do badania sposobu, w jaki mózg rejestruje i przywołuje wspomnienia, stosując paradygmaty behawioralne, takie jak wodny labirynt Morrisa. W tym teście pamięci przestrzennej myszy są szkolone w wykorzystywaniu wskazówek wizualnych do zlokalizowania platformy i ucieczki z basenu z wodą.

Ponieważ nasze układy odpornościowe funkcjonują w podobny sposób, myszy są również dobrymi systemami do badania chorób zakaźnych. Na przykład w tym eksperymencie myszy spożywają chleb zanieczyszczony Listeria, a następnie pobiera się różne tkanki, aby zbadać mechanizm, dzięki któremu ten patogen przenoszony przez żywność rozprzestrzenia się w organizmie.

Myszami można badać również postęp chorób wirusowych. W tej badaniu myszy są zakażane donosowo wirusem opryszczki, aby naśladować fizjologiczną ekspozycję na patogen.

Nasze wysokie podobieństwo genetyczne jest istotne nie tylko w badaniu ludzkich chorób; zrozumienie rozwoju myszy może również pogłębić naszą wiedzę o rozwoju człowieka. Na przykład w tym badaniu żuchwy embrionalne są przecinane i hodowane in vitro, aby lepiej zwizualizować wczesny rozwój zębów.

Właśnie obejrzeli Państwo wprowadzenie JoVE do Mus musculus. W tym filmie omówiliśmy ogólną charakterystykę myszy, powody ich ogromnej popularności w laboratoriach, przełomowe odkrycia dokonane z wykorzystaniem tego modelu, a także kilka sposobów wykorzystania myszy w dzisiejszych badaniach. Jak zawsze, dziękujemy za oglądanie JoVE Science Education!