Cykl życiowy człowieka w miniaturze

Myszy mają więcej cech genetycznych, anatomicznych i fizjologicznych wspólnych z człowiekiem niż prostsze modele bakterii czy much. Są uważane za odpowiedni model do badań nad chorobami genetycznymi ponieważ ich geny w 99% odpowiadają ludzkim. Homologiczna rekombinacja pozwala naukowcom zastąpić praktycznie każdy mysi gen zmutowaną kopią tego samego lub innego genu. Transgeniczne myszy są hodowane poprzez wstrzyknięcie obcego genu do zarodkowych komórek macierzystych in vitro (mikrochirurgiczne wprowadzenie odcinków DNA zawierających jeden badany gen do przedjądrza męskiego zapłodnionych jaj myszy), które następnie są wszczepiane matce zastępczej. W ten sposób można otrzymać dowolnie zaprogramowany model genetyczny – poprzez insercję (myszy knock-in) czy delecję genu (myszy knock-out) oraz mutacje warunkowe. Dzięki temu powstają mysie modele choroby Huntingtona, anemii sierpowatej, choroby Alzheimera i wielu chorób nowotworowych. Linie wsobne są tworzone w laboratorium w tzw. hodowli w pokrewieństwie, poprzez skojarzenie ze sobą potomstwa z tego samego pokolenia, powtarzane do momentu otrzymania osobników o identycznym genomie (trwa to co najmniej 20 pokoleń). Szczepy wsobne rekombinacyjne (recombinant inbred strains) tworzone są z losowo skojarzonych par zwierząt wybranych z drugiego pokolenia mieszańców z krzyżówki między dwoma znanymi szczepami wsobnymi (szczepami przodków) charakteryzującymi się brakiem lub ekspresją badanej cechy. W wyniku losowej rekombinacji niesprzężonych loci, każdy szczep z danej serii RIS ma własną kombinację materiału genetycznego pochodzącego od obu szczepów rodzicielskich. Jest to doskonałe narzędzie do badań nad plejotropowym działaniem znanych genów. Szczepy kongeniczne różnią się między sobą krótkim odcinkiem jednego chromosomu. Otrzymywane są poprzez szereg krzyżówek genetycznych, połączonych z równoczesną selekcją. Jeśli różnica ta dotyczy odcinka chromosomu, który zawiera locus zgodności tkankowej, jest to szczep kongenicznie oporny CR (congenic resistant), a zwierzęta z takiego szczepu wzajemnie odrzucają swoje przeszczepy tkankowe. Natomiast szczepy kongeniczne rekombinacyjne (recombinant congenic strans) są narzędziem do badania uwarunkowanych genetycznie cech ilościowych kontrolowanych przez kilka współdziałających genów, np. oporność i podatność na nowotwory.

Modele myszy stosowane w badaniach

Szczepy wsobne:

• 129P3/J – wykorzystywane do badań farmakologicznych, tworzenia zwierząt transgenicznych jako źródło embrionalnych komórek macierzystych
• BALB/c – albinotyczne, powszechnie stosowane w badaniach immunologicznych i nad nowotworami
• BALB/cAnNCrl – albinotyczny szczep wsobny o białym umaszczeniu, czerwonych oczach; ma długotrwałą zdolność rozrodczą; używany do badań immunologicznych i nad nowotworami oraz nad układem sercowo-naczyniowym w związku z powszechnie występującą u myszy arteriosklerozą; podatny na występowanie spontanicznych nowotworów sutka, płuc, nerek
• C57BL/6J – szczep wsobny o umaszczeniu ciemnobrązowym; ma długotrwałą zdolność rozrodczą, stosowany w badaniach genetycznych jako kontrola w stosunku do myszy genetycznie modyfikowanych; charakteryzuje się skłonnością do wzajemnego wygryzania sierści w zależności od pozycji socjalnej (dominujące osobniki, głównie samice wygryzają ją innym myszom, samce manifestują swoją dominację walcząc)
• DBA/2J – szczep wsobny o umaszczeniu jasnobrązowym; ma krótkotrwałą zdolność rozrodczą; rozpowszechniony w badaniach neurobiologicznych, geriatrycznych i nad układem sercowo-naczyniowym; podatny na choroby oczu (wada tęczówki, jaskra), ucha wewnętrznego, nowotwory; charakteryzuje się bardzo wysoką zapadalnością na gruczolakoraka sutka (ok.72% samic wieloródek)

Specjalne modele:

• C57BL/6-Tg(Thy1;APP) – z prekursorem β-amyloidu – model choroby Alzheimera do terapii eksperymentalnych
• FVB Tg(G a q44) – z transgenem białka G alpha q, model kardiologiczny z hypertrofią mięśnia sercowego
• B6;C3H-Tg(PrP-hSNCA)A531 Vle/J – z transgenem α-synukleiny pod mysim promotorem białka prionowego; model choroby Parkinsona do terapii eksperymentalnych
• BALB/Ca nude C.CG/AnBomTac-Fox1nuN20 – myszy łyse, ze spontaniczną mutacją Foxn1nu; szczep wykazuje defekt cebulek włosowych (homozygotyczne samce) oraz defekt nabłonka grasicy; jest wykorzystywany w badaniach dermatologicznych, endokrynologicznych, immunologicznych, nad nowotworami i przeszczepami
• Tg(Fos Venus ARC) C57BL/6J – pozwalają na uwidocznienie przy pomocy technik mikroskopowych komórek nerwowych, które uległy aktywacji w wyniku aktywności układu nerwowego, obserwację lokalnej translacji w wypustkach komórek nerwowych jak również aktywowanych synaps
• SCID/Crl – przyjmują nowotwory człowieka; badania immunologiczne, biochemiczne, transplantologia

Drugą największą po myszach grupą zwierząt pomocnych w badaniach naukowych są szczury wykorzystywane m.in. w badaniach transplantacyjnych, nad układem krążenia, uzależnienia od alkoholu oraz nad padaczką. W Polsce hoduje się także przepiórki japońskie (doświadczenia z zakresu embriologii, genetyki molekularnej), koty (badania neurofizjologiczne), króliki (badanie ciał gorączkotwórczych, działania miejscowo-drażniącego, pirogenności płynów aptecznych, badania ortopedyczne), oposy laboratoryjne (badania behawioralne, czerniaka skóry, mechanizmów regeneracji uszkodzeń rdzenia kręgowego) oraz świnki morskie (badania farmakologiczne, toksykologiczne, immunologiczne lub jako źródło leukocytów do badań w hodowlach komórkowych).

{page_break}

Myszy germ-free

Myszy hodowane w sterylnych warunkach laboratoryjnych, wolne od jakichkolwiek kontaktów z mikroorganizmami, służą jako model do badań wpływu mikroflory na zdrowie człowieka. Takie modele organizmów otrzymywane są w dwojaki sposób: poprzez wykonanie cesarskiego cięcia w sterylnym izolatorze i „adopcję” noworodków przez mysz germ-free lub sztuczne zapłodnienie myszy germ-free poddanej wcześniej terapii hormonalnej mającej na celu wywołanie ciąży urojonej. Gnotobiotyczne myszy, po zasiedleniu mikroflorą otyłych pacjentów, wykazywały skłonność do osiągania wyższej masy ciała. Mysie modele germ-free są stosowane w badaniach nad ludzkim mikrobiomem z uwagi na podobną ścieżkę kolonizacji przez mikroorganizmy. Wśród nich wyróżniamy:

• germ free (GF) – wolne od wszystkich wykrywalnych mikroorganizmów i pasożytów
• monobionty – celowo zasiedlone jednym mikroorganizmem
• dibionty – celowo zasiedlone dwoma mikroorganizmami 
• polibionty – celowo zasiedlone wieloma rodzajami mikroorganizmów
• zwierzęta SPF (Specified Pathogen Free) –  wolne od określonych, swoistych dla gatunku mikroorganizmów i pasożytów, hodowane za ścisłą barierą higieniczną
• zwierzęta konwencjonalne – służące jako porównanie efektów eksperymentu na zwierzętach GF:
  • CV-I – hodowane w warunkach kontrolowanych, poddane częściowej izolacji
  • CV – hodowane w warunkach otwartych

- Mikrobiologia gospodarza uważana jest za główny czynnik endogeniczny, determinujący stan zdrowia, a gnotobiologia pozwala na zrozumienie podstawowych, molekularnych oraz fizjologicznych związków między gospodarzem i bakteriami. Zaburzenia tych złożonych i dynamicznych interakcji mogą spowodować różne negatywne konsekwencje, w tym ryzyko chorób cywilizacyjnych – komentuje prof. Borys Shenderov, prezes Międzynarodowego Stowarzyszenia Gnotobiologii. - Obecnie zdecydowana większość wiwariów hoduje zwierzęta doświadczalne różnego rodzaju. Mam nadzieję, że w przyszłości organizmy modelowe będą jeszcze bardziej dostępne i wrażliwe, co uczyni je łatwiejszymi w wykorzystaniu w nauce i medycynie. Zwierzęta SPF mogą być wykorzystywane do pozyskiwania przeciwciał monoklonalnych, a stworzenie „spersonalizowanych” modeli gnotobiotycznych pozwoli na opracowanie nowych rodzajów leków, funkcjonalnej żywności i ocenę ich działalności u ściśle określonych indywidualnych przypadków.

Aspekt prawny

Każdemu specjaliście działającemu w dziedzinie badań nad zwierzętami powinna być znana zasada „trzech R”, czyli wytycznych mających na celu poprawę warunków zwierząt wykorzystywanych w nauce oraz zachęcających do szukania alternatywnych rozwiązań do przeprowadzania badań. Zastosowanie alternatywnych metod badawczych mogących zapewnić osiągnięcie celu bez konieczności wykorzystania żywych zwierząt odnosi się do zasady zastąpienia (replacement). Zasada ograniczenia (reduction) zaleca stosowanie minimalnej liczby zwierząt niezbędnej do osiągnięcia celu. Ostatnia zasada odnosi się do udoskonalenia (refinement) procesu przeprowadzenia badań w celu zmniejszenia potencjalnego bólu, cierpienia lub stresu poprzez zastosowanie mniej inwazyjnych metod.

W sierpniu 2014 roku przyjęto projekt ustawy o ochronie zwierząt wykorzystywanych do celów naukowych lub edukacyjnych.  Przepisy te wdrażają dyrektywę Unii Europejskiej 2010/63/UE. Określono w nich zasady wykonywania procedur, prowadzenia działalności przez hodowców, dostawców oraz użytkowników, a także kontroli odpowiedzialnych podmiotów. Warunki utrzymywania oraz sposób postępowania ze zwierzętami wykorzystywanymi w badaniach również został określony. Przed rozpoczęciem badań należy uzyskać pozytywną opinię powiatowego lekarza weterynarii, a ośrodki wykorzystujące zwierzęta w celach naukowych powinny spełniać określone wymagania. Powołano także Krajową Komisję Etyczną ds. Doświadczeń na Zwierzętach, w skład której wchodzą nie tylko przedstawiciele nauk ścisłych (biologii, farmacji czy weterynarii), ale także humanistycznych – etyki, filozofii czy prawa. Za naruszenie przepisów ustawy przewidziano kary pieniężne w wysokości od 1 000 zł do 50 000 zł.

Aleksandra Kowalczyk