Laboratuvar Farelerine Giriş: Mus musculus

Araştırmalarda kullanılan tüm hayvanların yaklaşık %90'ını, çoğunluğu fareler olan kemirgenler oluşturur.

Farelerin bakımı kolay ve düşük maliyetlidir; insanlarla olan genetik benzerlikleri, kısa nesil süreleri ve yüksek doğurganlıkları ile birleştiğinde, onları genetik manipülasyon ve çalışmalar için ideal adaylar haline getirir.

Bu video, model bir organizma olarak fareye genel bir bakış sunmakta ve biyolojik ve biyomedikal araştırmalardaki birçok uygulamasından bazılarını ele almaktadır.

Yaygın ev faresi, Mus musculus, omurgalıların Memeliler sınıfına aittir. Fareler, hayvanın yaşamı boyunca sürekli büyüyen büyük kesici dişlerle karakterize edilen en büyük memeli takımı olan Rodentia'da yer alır.

Fareler, doğumda ortalama 1 g ağırlığında olan ve yetişkinlikte yaklaşık 25 - 40 g ile zirve ağırlıklarına ulaşan en küçük memeliler arasındadır.

Diğer memelilerle karşılaştırıldığında, fare yaşam döngüsü de nispeten kısadır. Gebelik süresi sadece 18 - 21 gün sürer ve bu sürenin sonunda yavrular tüysüz ve kör olarak doğarlar. Yaşamlarının ilk birkaç haftasında annelerinin sütüyle beslenen yavrular, henüz 8 haftalıkken cinsel olarak olgun yetişkinlere dönüşürler.

Çeşitli ortamlara uyum sağlama yetenekleri sayesinde fareler, Antarktika hariç her kıtada bulunabilirler. Kommensal bir tür olarak fareler, biz istesek de istemesek de sıklıkla insanlarla yakın ilişki içinde yaşarlar!

Peki, bu tanıdık canlılar araştırmalarda neden bu kadar popüler?

Farelerin hızla çok sayıda yavru üretebilme yeteneği, bilimsel incelemeler için hayvan kolonilerinin hızlı ve düşük maliyetli bir şekilde oluşturulmasına olanak tanır. Ayrıca, farelerin çok küçük olması, koloninin minimum alanda barındırılabileceği anlamına gelir. Çoğu memeli için aynı şey söylenemez.

Belirgin fiziksel farklılıklarımıza rağmen, fareler ve diğer plasentalı memeliler, insanlarla çarpıcı bir genetik benzerlik paylaşırlar. Fare genomunun tamamen dizilenmiş olması, belirli genleri kodlayan bir segmentin seçilebilir işaretleyicilerle değiştirilerek söz konusu genin devre dışı bırakıldığı “knockout” farelerin oluşturulması gibi genetik manipülasyonları kolaylaştırır.

Knockout fareleri kullanarak, bireysel gen ürünlerine olan fizyolojik ihtiyacı değerlendirebiliriz; tıpkı Furin enziminin yokluğunun embriyonik kalp hızında neden olduğu değişikliklerin ölçüldüğü bu deneyde olduğu gibi.

Pek çok inbred fare suşu ailesi mevcuttur. Bu suşların tekdüzeliği, bireysel fareler arasındaki genetik çeşitliliğin getirebileceği değişkenleri ortadan kaldırdığı için, bu suşların kullanımı deneysel tekrarlanabilirliği artırır.

Peki, deneyiniz için hangi suşu seçeceksiniz? Cevap, favori kürk renginizden daha fazlasına bağlıdır. Hatta, hiç kürkü olmayan bir fare bile isteyebilirsiniz! Nude fare olarak bilinen bu küçük canlının genetik yapısı, tüy kaybına ve aynı zamanda ciddi şekilde bozulmuş bir bağışıklık sistemine yol açar. Sonuç olarak nude fareler, floresan kanser hücrelerinin tutunmasının izlendiği bu çalışmada olduğu gibi, yabancı dokuların yerleştirildiği in vivo deneyler için daha iyi konaklar görevi görürler.

Farelerin bilim için ne kadar önemli olduğunu anladığımıza göre, araştırmacıların bu model hayvanları kullanarak yaptıkları bazı heyecan verici keşiflerden bahsedelim.

20. yüzyılın başlarında William E. Castle, laboratuvarda genetiği incelemek için fareleri kullanan ilk bilim insanı oldu. Castle ve öğrencileri, araştırma deneklerinin çoğunu, yakınlardaki evinden evcil hayvan olarak fare satan bir meraklı olan Abbie Lathrop'tan temin ettiler. İlginç bir şekilde, C57BL/6J hattı gibi bu suşların bazıları günümüzde hala araştırma laboratuvarlarında yaygın olarak kullanılmaktadır.

1920'lerin sonlarında Sir Alexander Fleming, bir petri kabındaki bakterileri kullanarak penisilinin antibiyotik özelliklerini keşfetmişti; ancak Howard Florey ve Ernst Chain'in hemolitik streptokoklarla enfekte olmuş fareleri iyileştirerek penisilinin farmakolojik potansiyelini doğrulaması yaklaşık 10 yıl sonra gerçekleşti.

1945 yılında Fleming, Florey ve Chain, biyomedikal alanına yaptıkları Nobel ödüllü katkılar nedeniyle onurlandırıldılar.

Antibiyotiklerin keşfedildiği dönemlerde, George Snell, bağışıklık hücrelerinin yabancı istilacıları tespit etmesine yardımcı olan reseptörleri kodlayan ve majör histokompatibilite kompleksi olarak bilinen kromozomal bölgeyi ilk kez tanımladı. İnsanlarda insan lökosit antijenleri olarak bilinen bu reseptörlerin belirli varyantları, konak dokunun yanlışlıkla yabancı olarak tanımlandığı otoimmün bozukluklarla ilişkilidir.

Rolf Zinkernagel ve Peter Doherty daha sonra, bağışıklık sisteminin T hücreleri tarafından antijen tanınmasının bağışıklık yanıtının başlatılmasından sorumlu olduğunu belirlemek için bir fare model sistemi kullandılar.

1997 yılında Stanley Prusiner, nörodejeneratif bir hastalık olan scrapie ile enfekte farelerde prionları —hatalı katlanmış, enfeksiyöz proteinleri— tanımladığı için Nobel ödülüne layık görüldü.

Fareler ayrıca, koku reseptörü genlerinin geniş ailesini ilk kez klonlayan Richard Axel ve Linda Buck tarafından yürütülen çalışmalarda da etkili oldular. Olfaktör epiteldeki nöronlar tarafından eksprese edilen bu proteinler, solunan koku maddelerine bağlanarak aktive olurlar. Buck ve Axel ayrıca, bu reseptörler tarafından üretilen sinyallerin nöral devrelerimiz aracılığıyla nasıl iletildiğine dair anlayışımızı önemli ölçüde geliştirdiler. 2004 yılında, çığır açan keşifleri nedeniyle Nobel ödülünü aldılar.

Farelerle yapılan çalışmaların tarihsel olarak nasıl bazı dönüm noktası niteliğinde deneyler ürettiğini gördüğümüze göre, şimdi günümüzde farelerde yürütülen bazı araştırma türlerine göz atalım. Başlangıç olarak, fareler davranışsal araştırmalarda sıklıkla kullanılırlar.

Örneğin fareler, motor dengeyi ölçmek için mükemmel modeller oluştururlar. Ayrıca, Morris su labirenti gibi davranışsal paradigmalar ile beynin anıları nasıl kaydettiği ve geri çağırdığı çalışmak için de kullanılırlar. Bu uzamsal bellek testinde fareler, bir platformu bulmak ve bir su havuzundan kaçmak için görsel ipuçlarını kullanmak üzere eğitilirler.

Bağışıklık sistemlerimiz benzer şekilde çalıştığı için fareler, enfeksiyöz hastalıkları incelemek için de iyi sistemlerdir. Örneğin, bu deneyde fareler Listeria ile kontamine olmuş ekmek tüketirler ve ardından bu gıda kaynaklı patojenin vücut boyunca yayılma mekanizmasını incelemek için çeşitli dokular toplanır.

Fareler, viral hastalık ilerlemesini çalışmak için de kullanılabilirler. Bu çalışmada fareler, patojene karşı fizyolojik maruziyeti taklit etmek amacıyla intranazal olarak herpes virüsü ile enfekte edilirler.

Yüksek genetik benzerliğimiz sadece insan hastalıklarını araştırmak için değil, aynı zamanda fare gelişimini anlamak da insan gelişimine dair anlayışımızı geliştirebilir. Örneğin, bu çalışmada embriyonik çeneler kesitlenir ve erken diş gelişimini daha iyi görselleştirmek için kültürde büyütülür.

JoVE'nin Mus musculus tanıtımını izlediniz. Bu videoda, farelerin genel özelliklerini, laboratuvarlarda neden bu kadar popüler olduklarını, bu modelle yapılan dönüm noktası niteliğindeki keşifleri ve günümüzde farelerin araştırmalarda kullanıldığı bazı yöntemleri ele aldık. Her zamanki gibi, JoVE Science Education'ı izlediğiniz için teşekkürler!