Введение в работу с лабораторной мышью: Mus musculus

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

Мыши просты и недороги в содержании, а их генетическое сходство с человеком в сочетании с коротким временем смены поколений и высокой плодовитостью делает их идеальными объектами для генетических манипуляций и изучения.

В данном видео представлен обзор мыши как модельного организма и обсуждаются некоторые из многочисленных областей ее применения в биологических и биомедицинских исследованиях.

Обыкновенная домовая мышь, Mus musculus, относится к классу млекопитающих позвоночных. Мыши входят в самый многочисленный отряд млекопитающих — Rodentia (Грызуны), который характеризуется наличием крупных резцов, непрерывно растущих в течение всей жизни животного.

Мыши являются одними из самых маленьких млекопитающих: их средний вес при рождении составляет 1 g, а максимальный вес во взрослом состоянии достигает примерно 25 - 40 g.

По сравнению с другими млекопитающими, жизненный цикл мыши также относительно короткий. Беременность длится всего 18 - 21 дня, после чего рождаются безволосые и слепые детеныши. В первые несколько недель жизни они питаются материнским молоком, а к 8 неделям развития становятся половозрелыми особями.

Благодаря способности адаптироваться к различным условиям среды, мыши встречаются на всех континентах, кроме Антарктиды. Будучи комменсальным видом, мыши часто живут в тесном соседстве с человеком, независимо от нашего желания!

Почему же эти знакомые существа так популярны в исследованиях?

Способность мышей быстро приносить большое количество потомства позволяет быстро и недорого создавать колонии животных для научных изысканий. Кроме того, благодаря малым размерам мышей, колония может содержаться на минимальной площади. О большинстве других млекопитающих нельзя сказать того же самого.

Несмотря на значительные физические различия, мыши и другие плацентарные млекопитающие обладают поразительным генетическим сходством с людьми. Геном мыши был полностью секвенирован, что облегчает проведение генетических манипуляций, таких как создание «нокаутных» мышей, в геномах которых сегмент, кодирующий определенные гены, заменен селективными маркерами, что приводит к «выключению» (нокауту) этого гена.

Используя нокаутных мышей, мы можем оценить физиологическую потребность в продуктах отдельных генов, как в данном эксперименте при измерении изменений частоты сердечных сокращений эмбриона, вызванных отсутствием фермента фурина.

Существует множество линий инбредных мышей. Поскольку их однородность исключает переменные, которые могут возникнуть из-за генетического разнообразия между отдельными особями, использование таких линий повышает воспроизводимость экспериментов.

Но какую линию вы выберете для своего эксперимента? Ответ зависит не только от вашего предпочтения в цвете шерсти. На самом деле, вам может понадобиться мышь вообще без шерсти! Генетическая конституция этого маленького существа, известного как голая мышь, приводит к отсутствию волосяного покрова, а также к серьезному нарушению иммунной системы. В результате голые мыши служат более подходящими моделями для экспериментов in vivo с введением чужеродных тканей, как в данном исследовании по мониторингу приживаемости флуоресцентных раковых клеток.

Теперь, когда вы понимаете, насколько важны мыши для науки, давайте обсудим некоторые захватывающие открытия, которые исследователи совершили с помощью этих животных-моделей.

В начале XX века Уильям Э. Касл стал первым ученым, который использовал мышей для изучения генетики в лаборатории. Касл и его студенты получали многих своих подопытных от Эбби Лэтроп, заводчицы, которая продавала мышей в качестве домашних питомцев из своего ближайшего дома. Интересно, что некоторые из этих линий, такие как 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 лишь спустя почти 10 лет Говард Флори и Эрнст Чейн подтвердили его фармакологический потенциал, вылечив мышей, инфицированных гемолитическими стрептококками.

В 1945 году Флеминг, Флори и Чейн были отмечены Нобелевской премией за их вклад в область биомедицины.

Примерно в то же время, когда открывались антибиотики, Джордж Снелл впервые описал хромосомную область, известную как главный комплекс гистосовместимости, который кодирует рецепторы, помогающие иммунным клеткам обнаруживать чужеродных агентов. Специфические варианты этих рецепторов, известные у людей как антигены лейкоцитов человека, связаны с аутоиммунными заболеваниями, при которых ткани организма ошибочно распознаются как чужеродные.

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

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

Мыши также сыграли ключевую роль в работе Ричарда Акселя и Линды Бак, которые первыми клонировали большое семейство генов обонятельных рецепторов. Эти белки, экспрессируемые нейронами в обонятельном эпителии, активируются при связывании с вдыхаемыми одорантами. Бак и Аксель также значительно продвинули наше понимание того, как сигналы, вырабатываемые этими рецепторами, передаются через нейронные сети. В 2004 году они были награждены Нобелевской премией за свои новаторские открытия.

Теперь, когда вы увидели, как работа с мышами позволила провести ряд исторических знаковых экспериментов, давайте рассмотрим некоторые виды исследований, которые проводятся на мышах сегодня. Для начала отметим, что мыши часто используются в поведенческих исследованиях.

Например, мыши являются отличными моделями для измерения двигательного баланса. Их также используют для изучения того, как мозг записывает и воспроизводит воспоминания, применяя такие поведенческие парадигмы, как водный лабиринт Морриса. В этом тесте на пространственную память мышей обучают использовать визуальные ориентиры для поиска платформы и выхода из бассейна с водой.

Поскольку наши иммунные системы функционируют схожим образом, мыши также являются подходящими системами для изучения инфекционных заболеваний. Например, в этом эксперименте мыши поедают хлеб, контаминированный Listeria, после чего собираются различные ткани для изучения механизма распространения этого пищевого патогена по организму.

Мышей можно использовать и для изучения прогрессирования вирусных заболеваний. В данном исследовании мышам вводят вирус герпеса интраназально, чтобы имитировать физиологическое воздействие патогена.

Высокое генетическое сходство важно не только для изучения болезней человека; понимание развития мышей может также углубить наши знания о развитии человека. Например, в этом исследовании эмбриональные челюсти нарезают на срезы и выращивают в культуре, чтобы лучше визуализировать ранние этапы развития зубов.

Вы только что посмотрели вводное видео JoVE о Mus musculus. В этом ролике мы обсудили общие характеристики мышей, причины их популярности в лабораторной практике, знаковые открытия, сделанные с помощью этой модели, а также некоторые способы использования мышей в современных исследованиях. Как всегда, спасибо за просмотр JoVE Science Education!