Это будет разговор о разнообразии линий лабораторных крыс и мышей, используемых в биомедицинских исследованиях.
Впервые об использовании мышей и крыс в экспериментальной биологии заговорили в 17 веке. Благодаря (относительной) дешевизне содержания, плодовитости и быстрому размножению, грызуны стали популярны у учёных.
С развитием науки возникла необходимость в повышении точности и воспроизводимости экспериментов за счет снижения влияния генетических различий между особями, т.е. в выведении линейных животных.
На сегодняшний день в мире существует около 1 тыс. линий крыс и более 10 тыс. линий мышей. Все слышали о крысах Wistar и SD и мышах Balb/C и CD-1.
Линии выбирают под определенные цели исследования и с учетом генетических особенностей используемых животных.
Крайне важно соблюдать чистоту линии для получения воспроизводимых результатов от исследования к исследованию. Для поддержания чистоты линии достаточно строго соблюдать методику разведения. Для обеспечения качества лабораторных животных чрезвычайно важен генетический контроль. Если в процессе экспериментов произошло случайное скрещивание с животными другого генотипа, бастардов уничтожаю.
Итак, впервые линейных лабживотных в своих исследованиях использовали Уильям Гарвей и Джозеф Пристли.
В 1870-х Роберт Кох открыл возбудителя сибирской язвы. Ему удалось культивировать возбудителя, изучить его жизненный цикл и инфицировать им подопытных мышей.
В начале ХХ века Пауль Эрлих проводил эксперименты на животных в области онкологии и доказал перевиваемость опухолей у мышей и возможность провоцирования онкологических заболеваний производными стрихнина, предположил наличие иммунологических реакций у животных после рассасывания опухолей.
Крыс начали применять в экспериментах в 50-х годах XIX века. Геном крыс имеет >90% сходства с геномом человека. Кроме того, по сравнению с мышью, крыса более крупное животное, что облегчает проведение различных операций.
Первые опыты ставили на альбиносах серой крысы Rattus norvegicus albinus (называемых также "белая крыса") и беспородных домовых мышах Mus musculus.
А вскоре появились линии.
Впервые разведение лабораторных крыс было выполнено для нейрологических исследований в Чикаго. В 1906 г. сток таких крыс поступил в институт Вистар в Филадельфии, где Х. Кинг и Г. Доналдсоном были получены 2 линии крыс: 1-я чистая (инбредная) линия крыс – King Albino (которая затем была переименована в линию РА) и коммерческий аутбредный сток крыс (впоследствии называемая Wistar), который дал начало многим аутбредным (неродственным) и инбредным (родственным) линиям крыс.
В 1909 г. К. Кук Литл из Гарвардского университета вывел мышей со светло-коричневой окраской шерсти, несущих рецессивные гены dd, bb и aa. За последующие 5 лет, через более чем 20 поколений, путем братско-сестринского спаривания и последующей селекции была получена первая инбредная линия, известная как DBA и существующая по сей день.
В 1913 г. А. Багг создал инбредную линию белых мышей Bagg Albino C, которая c 1932 г. широко известна под названием BALB/c. И уже в 1920 г. Дж. Стpонг скрещиванием мышей Bagg albino С с мышами линии DBA получил новые высокоpаковые линии, названные им А, С, СВА, СзH, СзHА и т.д.
Начиная с 1921 г. на основе длительного инбридинга однопометных черных мышей из колонии Ласpоп было выведено несколько новых линий: С57Bl (black), C57Br (brown), С57L (leaden) и С58, характеризующихся низкой частотой возникновения pака молочных желез или полным его отсутствием и склонностью к лейкозам.
А на основе мышей линии А была получена другая высоколейкозная линия, первоначально обозначенная как АК, а позднее – AKR.
В 1968 г. Эpвин Пантелоpис вывел линию безволосых мышей, лишенных тимуса, получивших название "nude" (голые), или "бестимусных". Они отличаются полным отсутствием клеточных факторов иммунитета (в их крови содержится лишь около 3% Т-лимфоцитов, тогда как у обычных мышей этот показатель достигает 85%).
Как получают линии.
1. Аутбридинг. 1-й способ – наиболее простой, повсеместно используемый в селекции. Аутбридинг – метод разведения животных посредством скрещивания неродственных организмов, в том числе и принадлежащих к разным линиям/породам и даже видам. Потомков такого типа скрещивания называют гибридами, они превосходят по ряду признаков обе родительские формы – это явление носит название гибридной мощности или гетерозиса.
Рецессивные (слабые) признаки скрыты за счет перехода их в гетерозиготное состояние. В том случае, когда рецессивные признаки нежелательны, потомки 1-й генерации (гибриды F1) от неродственных животных обычно внешне лишены их, однако при дальнейшем разведении эти признаки могут появиться. С другой стороны, при аутбридинге появляется возможность образования новых, зачастую неожиданных комбинаций генов, которые могут вызвать как лучшие, так и худшие сочетания признаков. В этом случае также нельзя предсказать возможность передачи этих сочетаний по наследству.
2.Инбридинг. Исследования с использованием аутбредных линий продолжались вплоть до 1930-х годов, когда стало понятно, что данные линии животных не универсальны для всех экспериментов, так как при постановке опыта с использованием биологической тест-системы важно, чтобы животные были генетически однородными. В связи с этим ученые прибегают к инбридингу – близкородственному скрещиванию.
Инбредные животные гомозиготны (несут идентичные аллели АА или аа) и генетически однородны, что обеспечивает получение полноценных воспроизводимых результатов и возможность их повторения в любой лаборатории.
Генетическая однородность позволяет расходовать меньшее число животных для получения доказательных результатов. В инбредных линиях генетическая однородность, или гомозиготность, животных сохраняется постоянным спариванием родных братьев и сестер в племенном ядре линии. Племенное ядро линии представляет собой группу животных одной линии, размножаемую в соотношении 1:1 родных братьев и сестер. Каждый инбредный штамм – это уникальное сочетание генетического материала, порождающее уникальный фенотип. Многие такие фенотипные черты полезны в исследованиях, некоторые позволяют вывести "модели" болезней, прочие дают полезные физиологические, анатомические или поведенческие характеристики.
3.Трансгенные животные. Трансгенные формы несут сегмент чужой ДНК, который введен в геном путем гомологичной рекомбинации, вставкой инфекционным агентом — ретровирусным вектором или негомологичной вставкой (микроинъекцией в пронуклеус).
4. Нокаутные животные. Секвенирование генома мыши в 2002 г. расширило возможности исследователей. Манипуляции с генами позволяют получить "нокаутных" животных. Они получают микроинъекции генетически измененных эмбриональных стволовых клеток в бластоцисту (пятидневный эмбриончик) хозяина. Разрушение, замещение или удвоение гена в стволовых клетках производят путем гомологичной рекомбинации между экзогенной ДНК и эндогенным геном .
5. Коизогенные животные. Это генетически идентичные линии, различающиеся только по одному локусу - единичная мутация в инбредной линии. Конгенные линии, которые отличаются друг от друга по локусу тканевой совместимости взаимно резистентны к трансплантату ткани друг друга.
6. Рандомбредные животные. Неинбредные, нелинейные животные закрытых колоний размножаются по определенной, в большинстве случаев – ротационной системе, обеспечивающей рандомизацию скрещиваний. Каждая такая колония характеризуется определенными частотами генов и генотипов, животные гетерозиготны по неопределенному числу генов, и поэтому сама колония и каждая выборка из нее генетически гетерогенны. Животные этой категории фенотипически менее однородны, чем гибриды. Необходимым условием сохранения биологических особенностей нелинейных животных и воспроизводимости результатов экспериментов является поддержание гетерозиготности при сохранении стабильности генетической структуры колонии.
7. Стандартные животные. Животные из закрытых колоний, размножаемые по ротационной системе на протяжении не менее 4 поколений при потере гетерозиготности менее 1% на поколение, принято считать стандартными.
Самые популярные линии в биомедицинских исследованиях
Как уже было сказано - это крысы Wistar и SD и мышей Balb/C и CD-1. Строго первого поколения!
Иначе никак, потому что: при изучении зависимости массы тела от возраста было показано, что для половины линий крыс (самцов и самок) рост массы тела, указанный в источниках из исследовательских работ и из питомников не совпадает (статистически значимо или в виде отчетливых тенденций), причем расхождение может начинаться или с некоторого момента (свойственно для линий Wistar Hannover, Sprague Dawley), или практически сразу после рождения животного (свойственно для линий Lewis, LongEvans). Отличия в возрасте при одной и той же массе животных в эксперименте и в питомниках могут приводить к ошибкам!