0

Лабораторные крысы. Происхождение, применение, основные линии.

by x_plaguedoctor_xФевраль 17, 2017

Лабораторные крысы относятся к виду серых крыс (Rattus norvegicus), которые содержатся и разводятся с целью проведения научных исследований преимущественно в областях физиологии и медицины.

Своё происхождение они разделяют с декоративным крысами. В XVIII в. дикие серые крысы сильно распространились в Европе, что способствовало процветанию индустрии крысоловства. Крысоловы не только получали деньги за поимку грызунов, но и продавали их для еды или чаще для такого популярного и кровавого развлечения, как крысиная травля. Суть зрелища заключалась в следующем: арена заполнялась определённым количеством крыс, после чего туда запускали собаку (обычно терьера), которая должна была как можно быстрее передушить всех крыс. Со временем разведение крыс для этих соревнований привело к появлению их различных расцветок, в частности, альбиносов и капюшонных крыс. В первый раз альбиносы попали в лаборатории и были использованы в 1828 г. в экспериментах по изучению голодания. Следующие 30 лет крысы участвовали в нескольких других экспериментах и в итоге стали первыми животными, одомашненными исключительно для исследовательских целей. Во время введения карточной системы выдачи продовольствия из-за Второй мировой войны британские биологи были вынуждены есть лабораторных крыс.

Крысиная травля

В Японии в период Эдо (1603 – 1868) была широко распространена практика содержания крыс в качестве домашних питомцев, и в XVIII в. были опубликованы руководства по содержанию домашних крыс. В 2012 г. генетический анализ 117 линий белых крыс, собранных со всех частей мира показал, что белые крысы произошли от капюшонных крыс, и, более того, все крысы-альбиносы имеют одного предка. Есть свидетельства, что в начале XX в. капюшонная крыса была известна как “японская крыса”, поэтому можно предположить, что одна или несколько капюшонных крыс могли быть завезены в Европу или Америку, и крыса-альбинос, которая была результатом разведения этих капюшонных крыс, стала в итоге общим предком всех белых лабораторных крыс, использующихся сегодня.

Историческая важность этого вида отражается в количестве опубликованных исследований: их практически на 50% больше, чем на лабораторных мышах. Лабораторные крысы часто подвергаются вскрытию и другим инвазивным процедурам для изучения различных эффектов препаратов на внутренние органы и мозг. Если крысы не погибают в результате исследования, они могут быть подвергнуты эвтаназии или в некоторых случаях стать домашними питомцами.

Домашние крысы отличаются от своих диких сородичей многими особенностями: они спокойней и меньше кусаются, они более устойчивы к содержанию в условиях тесноты и скученности, начинают размножаться раньше и дают больше потомства, и их мозг, печень, почки, надпочечники и сердце имеют меньший размер.

Специально для экспериментов учёные вывели множество пород (линий, стоков) крыс. Многие из них произведены из белых крыс Вистар, которые до сих пор широко используются. Другие распространенные линии – это белые крысы Спрег-Доули, крысы Фишер 344, Хольцман, крысы линии Лонг-Эванс и капюшонные крысы Листер. Также доступны инбредные линии крыс, но они не так широко используются, как инбредные мыши. Линии крыс обычно не трансгенные или генетически модифицированные, т.к. генетический нокаут или техники с использованием эмбриональных клеток, которые работают на мышах, относительно трудно воспроизводятся на крысах. Это представляет проблему для многих исследователей, рассматривающих многие аспекты поведения и физиологии крыс (по сравнению с мышами) как более доступные для изучения и более близкие к человеку, и желающих соотнести свои наблюдения с отвечающими за это генами. В результате все они были вынуждены изучать свои вопросы на мышах, в то время как это могло бы быть лучше изучено на крысах. Тем не менее, в октябре 2003 г. учёные добились успеха в клонировании двух лабораторных крыс путем переноса ядра. Это значит, что крысы вскоре могут гораздо шире использоваться в генетических исследованиях. Большая часть генома серой крысы уже секвенирована.

Инбредные и аутбредные линии крыс

•Аутбредные (беспородные) линии являются закрытыми популяциями более-менее гетерогенных животных. Новые вязки устанавливаются либо случайным образом, либо путем применения цикличной схемы, минимизирующей коэффициент инбридинга. Случайные вязки означают, что животные выбираются для разведения без учёта степени их родства, но популяция закрыта для попадания нового генетического материала извне. Целью случайного скрещивания также является уменьшение инбридинга и его последствий, т.е. поддержка генетической изменчивости. В основе схем цикличного скрещивания лежит идея о сохранении генетической изменчивости настолько, насколько возможно, с целью имитации генетического состава человеческой популяции. Наибольшим преимуществом таких линий является их гибридная сила и, как утверждается в различных публикациях, высокая продолжительность жизни, высокая сопротивляемость инфекциям, раннее наступление фертильности, частое и многочисленное потомство, низкая неонатальная смертность, быстрый рост и большие размеры. Факторами, сильно влияющими на гетерогенность аутбредных линий, являются их эффективный размер популяции, последовательность поколений, выбор будущих родителей и используемой системы размножения. Линии, полученные от крыс Вистар и Спрег-Доули, являются наиболее распространёнными экспериментально используемыми крысами независимо от того, что их набор генов может различаться из-за эффекта основателя и генетического дрейфа. Это надо учитывать при использовании крыс таких линий.

•Инбредные (чистые) линии – группа организмов, имеющих определённые признаки, которые полностью передаются потомству в силу генетической однородности всех особей. В случае гена, имеющего несколько аллелей, все организмы, относящиеся к одной чистой линии, являются гомозиготными по одному и тому же аллелю данного гена. Стандартные инбредные линии получаются путём вязки как минимум 20 последовательных поколений брата и сестры или родителя с особью из потомства. В результате животные, составляющие чистую линию, получают одинаковые копии хромосом каждой из гомологичных пар. Генетическая однородность является одним из фундаментальных свойств инбредных линий: она обеспечивает большую степень стандартизации (снижает вероятность воздействия на результат исследования генетических различий между особями) и повышает качество исследований. По этой причине многие исследователи используют исключительно генетически чистые инбредные линии и их производные. С помощью традиционной селекции и методов генной инженерии получено множество чистых линий с заданными свойствами, используемые для конкретных исследований.

Наиболее распространённые линии крыс

•Вистар (Wistar) – аутбредные белые крысы. Эта линия была разработана Вистаровским институтом в 1906 г. для использования в биологических и медицинских исследованиях и является первой линией крыс, выведенной в качестве модельного организма в то время, когда лаборатории использовали преимущественно домовых мышей. Более половины всех лабораторных линий крыс произошли от первой популяции. На данный момент крысы Вистар являются наиболее популярными крысами в лабораторных исследованиях. Они характеризуются широкой головой, длинными ушами и имеют длину хвоста, которая всегда короче длины тела. Крысы Спрег-Доули и Лонг-Эванс были получены от крыс Вистар. Крысы Вистар более активны, чем крысы Спрег-Доули. Спонтанно гипертензивные крысы (SHR) и крысы Левис также являются известными линиями, выведенными из крыс Вистар.

•Крысы Спрег-Доули (Sprague Dawley) являются аутбредной линией белых крыс, используемых исключительно в медицинских исследованиях. Наибольшим их преимуществом является спокойность и простота в обращении. Эта линия была впервые выведена в 1925 г. на ферме Спрег-Доули (позже ставшей Sprague-Dawley Animal Company) в Мэдисоне, штат Висконсин. Средний размер помёта крысы – 11. Эти крысы обычно имеют более длинный хвост, чем крысы Вистар. Склонность к развитию опухолей у этих крыс стала одним из ключевых моментов несостоятельности нашумевших исследований Сералини о вреде ГМ-продуктов.

•Крысы Левис (Lewis) были выведены доктором с аналогичной фамилией из линии крыс Вистар в начале 1950-х гг. К их особенностям относятся белый цвет, послушное поведение и низкая фертильность. Крысы Левис страдают от нескольких спонтанных патологий. Высокий риск новообразований определяет продолжительность их жизни: наиболее распространёнными являются аденомы гипофиза и аденомы/аденокарциномы коры надпочечников у обоих полов, опухоли молочных желез и эндометриальные карциномы у самок и аденомы/аденокарциномы щитовидной железы и опухоли клеток гемопоэза у самцов. Также крысы Левис склонны к развитию спонтанного лимфолейкоза. В пожилом возрасте у них иногда может развиваться спонтанный гломерулярный склероз. На данный момент они используются в исследованиях трансплантации, индуцированного артрита/воспаления, экспериментального аллергического энцефалита и стрептозоцин-индуцированного диабета.

•Крысы Лонг-Эванс (Long-Evans) были получены докторами Лонгом и Эвансом в 1915 г. путём скрещивания нескольких самок Вистар с дикими серыми самцами. Крысы Лонг-Эванс белые, с чёрным или иногда коричневым капюшоном. Они широко используются в исследованиях поведения и ожирения.

Крыса линии Лонг-Эванс капюшонного окраса

•Дрожащая крыса Кавасаки (Shaking rat Kawasaki) имеет нарушения строения мозга, поведения и походки, вызванные делецией гена RELN. Мутация приводит к сниженной экспрессии рилина и reeler-подобному фенотипу (reeler – линия мышей с аналогичной мутацией). Белок релин необходим для нормального развития мозжечка и слоев коры больших полушарий. Была впервые описана в 1988 г.

•Склонные к диабету крысы Biobreeding (BBDP rat – Biobreeding diabetes-prone rat) представляют собой инбредную линию крыс, у которых спонтанно развиваетсся аутоиммунный диабет I типа. Эта линия имитирует многие особенности СД I типа человека и внесла большой вклад в исследование патогенеза заболевания.

•Крысы линии Brattleboro были получены в 1961 г. и имеют естественную мутацию – их клетки не продуцируют вазопрессин, регулирующий функцию почек. Были выведены в лаборатории Генри Шредера и Тима Винтона, который отметил, что потомство одной из крыс чрезмерно пили и мочились. Крысы Brattleboro были первыми естественными предшественниками нокаутных крыс. Они рекордсмены среди животных по объёему воды, который могут выпить, из расчёта на массу тела. Отсутствие вазопрессина в крови приводит к постоянному мочеизнурению и потреблению воды, достигающему уровня 25–100% массы тела в сутки. Также у них нарушена общая сопротивляемость к инфекциям. Крысы линии Brattleboro проявляют ускоренное развитие двигательной активности, негибкое, стереотипное поведение, поэтому в некоторых работах предлагается использовать этих крыс в качестве модельного объекта при изучении шизофрении. Кроме того, у крыс Brattleboro при введении раковых клеток наблюдается стабильное замедление опухолевого роста по сравнению с нормальными крысами. В отличие от непрерывного роста опухоли, типичного для обычных крыс, у мутантных в эксперименте он был незначительным и наблюдался лишь в течение первых 15–18 дней после пересадки, затем опухоль уменьшалась и полностью исчезала. При инъекциях вазопрессина рост опухоли временно усиливался, но в дальнейшем всё равно происходило ее уменьшение и рассасывание.

•Крысы линии Zucker — классическая модель для исследования ожирения, гипертонии, сахарного диабета II типа и нарушений функции сердца. Они названы в честь патологов Луиса и Теодора Цукеров из Колумбийского Университета, впервые обнаруживших у крыс ген, ответственный за ожирение. У представителей линии 13M в 1961 г. Цукеры выявили спонтанную рецессивную мутацию fa (от англ. fatty — жирный) в гене Lepr, кодирующем рецептор гормона насыщения — лептина. Эта мутация приводит к замене аминокислоты глутамина на пролин в рецепторе. Лептин не может связаться с геном мутантного рецептора в гипоталамусе, в результате чего в мозг не поступают сигналы насыщения, и в итоге животное ест весь период бодрствования. Вес крыс может превышать 1 кг, однако до развития диабета дело обычно не доходит – инсулинорезистентность компенсируется повышенным синтезом гормона. Крысы линии Zucker имеют повышенные уровни липидов и холестерола в крови. Интересно, что у крыс Zucker подавлено физиологическое состояние «бей или беги»: при стимуляции сердца крысы линии Zucker гормоном симпатической нервной системы норадреналином частота сердцебиения не изменяется.

Крыса линии Zucker и крыса без ожирения

•Крысы RSC (Royal College of Surgeons rat) являются первыми известными животными с врождённой дегенерацией сетчатки. Но генетический дефект был обнаружен только в 2000 г. – это была мутация в гене Mertk, что приводило к развитию дефектного пигментного эпителия сетчатки, который фагоцитировал наружные сегменты фоторецепторных клеток.

•Преждевременно стареющие крысы OXYS были получены в 1975 г. в Институте цитологии и генетики СО РАН. Изначально учёные хотели получить линию с наследственной катарактой. Для этого они использовали методы селекции и нагрузку галактозой, которая обладает катарактогенными свойствами. Первые признаки катаракты наблюдаются ко второму месяцу жизни животного, а к шести месяцам катаракта развивается уже у 100% особей (и лишь у 5% «нормальных» крыс). К году жизни катарактой поражаются оба глаза крысы OXYS. Катаракта крыс OXYS по характеру и молекулярным процессам соответствует возрастной катаракте у человека. Остальные возрастные болезни также имеют общую природу с соответствующими патологиями человека. Эти животные могут помочь исследовать механизмы развития сенильных болезней, разработать способы их профилактики и лечения и, вероятно, создать препараты, которые позволят продлить жизнь.

•Спонтанно гипертензивные крысы (SHR – Spontaneously hypertensive rat) являются животной моделью первичной гипертензии, используемой в исследованиях сердечно-сосудистых заболеваний. Это наиболее частая модель крыс, упоминающаяся в публикациях. Линия SHR была получена в 1960-х гг. путём отбора крыс Вистар-Киото (Wistar-Kyoto) с высоким давлением. Гипертензия развивается на 5-6 неделе, у взрослых крыс систолическое давление достигает 180-220 мм рт ст. На 40-50 неделе у крыс развиваются признаки сердечно-сосудистых заболеваний. Предполагается, что гипертензия у этих крыс связана нарушением функции почек.

•Спонтанно гипертензивные крысы, склонные к инсульту (SHRSP — stroke prone), получены путем селекции SHR, имеют риск спонтанного инсульта (ишемического или геморрагического) около 80% и 100% на высокосолевой диете. Инсульт у этих крыс вызван не атеросклерозом, в отличие от наиболее частой формы у человека. Он скорее похож на отёк мозга в результате злокачественной гипертензии и лакунарного инфаркта или на кровоизлияние, вызванное гиалинозом и атеросклерозом малых сосудов. Кроме этого, они имеют генетическую предрасположенность в виде повышенной чувствительности нейронов к ишемии, дисфункции ГЭБ и гистологических аномалий артерий.

Основные инбредные линии (склонные и контрольные), используемые для изучения заболеваний человека

Одними из основных международных документов, регламентирующих проведение экспериментов и исследований на животных, являются Международные рекомендации по проведению биомедицинских исследований с использованием животных, Европейская Конвенция о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях и принципы GLP (ГОСТ 33647-2015). Контроль соблюдения осуществляется этическими комитетами разного уровня.

Источники:
Laboratory rat
The stroke-prone spontaneously hypertensive rat: still a useful model for post-GWAS genetic studies? Hypertension Research (2012) 35, 477–484
The Laboratory Rat (Handbook of Experimental Animals)
The Laboratory Rat (American College of Laboratory Animal Medicine)
Грызун особого назначения biomolecula.ru

About The Author
x_plaguedoctor_x