Введение в лабораторную мышь: Mus musculus

Грызуны составляют около 90% всех животных, используемых в исследованиях, большинство из которых — мыши.

Мышей легко и недорого содержать, а их генетическое сходство с человеком в сочетании с коротким временем генерации и высокой плодовитостью делает их идеальными кандидатами для генетических манипуляций и изучения.

В этом видео представлен обзор мыши как модельного организма и обсуждаются некоторые из ее многочисленных применений в биологических и биомедицинских исследованиях.

Обыкновенная домовая мышь, Mus musculus, принадлежит к классу позвоночных млекопитающих. Мыши встречаются в самом крупном отряде млекопитающих: родентиях, характеризующихся большими резцами, которые непрерывно растут на протяжении всей жизни животного.

Мыши относятся к числу самых маленьких млекопитающих, весят в среднем 1 г при рождении и достигают своего пикового веса около 25 - 40 г во взрослом возрасте.

По сравнению с другими млекопитающими, жизненный цикл мышей также относительно короткий. Беременность длится всего 18 - 21 день, после чего щенки рождаются голыми и слепыми. В то время как они питаются молоком матери в течение первых нескольких недель жизни, детеныши вырастут в половозрелых взрослых особей уже к 8-недельному возрасту.

Благодаря своей способности приспосабливаться к различным условиям окружающей среды, мышей можно найти на всех континентах, кроме Антарктиды. Как комменсальный вид, мыши часто живут в тесном общении с людьми; хотим мы того или нет!

Так почему же эти знакомые существа так популярны в исследованиях?

Способность мышей быстро производить большое количество потомства позволяет быстро и недорого создавать колонию животных для научных исследований. Кроме того, тот факт, что мыши настолько малы, означает, что колония может быть размещена на минимальном пространстве. Этого нельзя сказать о большинстве млекопитающих.

Несмотря на наши значительные физические различия, мыши и другие плацентарные млекопитающие имеют поразительное генетическое сходство с людьми. Геном мыши был полностью секвенирован, что облегчает генетические манипуляции, такие как создание "нокаутных" мышей, чьи геномы модифицируются для замены сегмента, кодирующего определенные гены, на селективные маркеры, тем самым нокаутируя этот ген.

Используя мышей с нокаутом, мы можем оценить физиологическую потребность в отдельных продуктах генов, так как в этом эксперименте измеряются изменения частоты сердечных сокращений эмбриона, вызванные отсутствием фермента фурина.

Существует множество семейств инбредных линий мышей. Поскольку их однородность устраняет переменные, которые могут быть привнесены генетическим разнообразием среди отдельных мышей, использование этих штаммов улучшает экспериментальную воспроизводимость.

Но какой сорт вы выберете для своего эксперимента? Ответ зависит не только от вашего любимого цвета шерсти. На самом деле, вы даже можете захотеть мышь вообще без шерсти! Генетический состав этого маленького существа, известного как голая мышь, приводит к отсутствию волос, а также к серьезному ослаблению иммунной системы. В результате, обнаженные мыши служат лучшими хозяевами для экспериментов in vivo, в которых вводится чужеродная ткань, как в этом исследовании, отслеживающем приживление флуоресцентных раковых клеток.

Теперь, когда у вас есть понимание того, насколько важны мыши для науки, давайте поговорим о некоторых захватывающих открытиях, которые исследователи сделали с использованием этих моделей животных.

В начале 20-го века Уильям Э. Касл стал первым ученым, который использовал мышей для изучения генетики в лаборатории. Касл и его ученики получили многие из своих исследовательских объектов от Эбби Латроп, любительницы, которая продавала мышей в качестве домашних животных из своего ближайшего дома. Интересно, что некоторые из этих штаммов, такие как линейка C57BL/6J, до сих пор широко используются в исследовательских лабораториях.

В конце 1920-х годов сэр Александр Флеминг обнаружил антибиотические свойства пенициллина, используя бактерии в чашке Петри, но только почти 10 лет спустя Говард Флори и Эрнст Чейн подтвердили его фармакологический потенциал, вылечив мышей, инфицированных гемолитическими стрептококками.

В 1945 году Флеминг, Флори и Чейн были отмечены за их вклад в биомедицину, удостоенный Нобелевской премии.

Примерно в то же время, когда были открыты антибиотики, Джордж Снелл впервые описал хромосомную область, известную как основной комплекс гистосовместимости, который кодирует рецепторы, помогающие иммунным клеткам обнаруживать чужеродных захватчиков. Известные как человеческие лейкоцитарные антигены у людей, специфические варианты этих рецепторов связаны с аутоиммунными расстройствами, когда ткань хозяина ошибочно идентифицируется как чужеродная.

Затем Рольф Цинкернагель и Питер Доэрти использовали мышиную модельную систему, чтобы определить, что распознавание антигена Т-клетками иммунной системы отвечает за инициацию иммунного ответа.

В 1997 году Стэнли Прузинер был удостоен Нобелевской премии за идентификацию прионов — неправильно свернутых инфекционных белков — у мышей, инфицированных нейродегенеративным заболеванием скрейпи.

Мыши также сыграли важную роль в работе, выполненной Ричардом Акселем и Линдой Бак, которые впервые клонировали большое семейство генов обонятельных рецепторов. Эти белки, экспрессируемые нейронами в обонятельном эпителии, активируются путем связывания с вдыхаемыми пахучими веществами. Бак и Аксель также значительно продвинули наше понимание того, как сигналы, производимые этими рецепторами, передаются через наши нейронные сети. В 2004 году они были удостоены Нобелевской премии за свои революционные открытия.

Теперь, когда вы увидели, как работа на мышах привела к некоторым знаковым экспериментам в истории, давайте взглянем на некоторые типы исследований, проводимых на мышах сегодня. Начнем с того, что мыши часто используются в поведенческих исследованиях.

Например, из мышей получаются отличные модели для измерения моторного баланса. Они также используются для изучения того, как мозг записывает и вспоминает воспоминания, с помощью поведенческих парадигм, таких как водный лабиринт Морриса. В этом тесте на пространственную память мышей обучают использовать визуальные подсказки, чтобы найти платформу и сбежать из бассейна с водой.

Поскольку наша иммунная система функционирует схожим образом, мыши также являются хорошими системами для изучения инфекционных заболеваний. Например, в этом эксперименте мыши потребляют хлеб, зараженный листериями, а затем собираются различные ткани, чтобы исследовать механизм, с помощью которого этот пищевой патоген распространяется по всему организму.

Мышей также можно использовать для изучения прогрессирования вирусных заболеваний. В этом исследовании мышей интраназально заражают вирусом герпеса, чтобы имитировать физиологическое воздействие патогена.

Наше высокое генетическое сходство важно не только для исследования болезней человека; понимание развития мышей также может улучшить наше понимание человеческого развития. Например, в этом исследовании эмбриональные челюсти разрезаются и выращиваются в культуре, чтобы лучше визуализировать раннее развитие зубов.

Вы только что посмотрели введение JoVE в Mus musculus. В этом видео мы обсудили общие характеристики мышей, почему они так популярны в лаборатории, знаковые открытия, сделанные в этой модели, а также несколько способов, которыми мыши используются в исследованиях сегодня. Как всегда, спасибо за просмотр JoVE Science Education!