Ғылыми зерттеулерде қолданылатын егеуқұйрықтар

Кіріспе

Ғылыми зерттеулер үшін қолданылатын егеуқұйрықтар

Зертханалық егеуқұйрықтар немесе зертханалық тышқандар – ғылыми зерттеулер үшін өсіріліп, ұсталатын Rattus norvegicus domestica егеуқұйрығының тұқымдары. Зертханалық тышқандарға қарағанда зерттеулерде аз қолданылса да, егеуқұйрықтар психология және биомедициналық ғылымдардағы зерттеулер үшін маңызды жануарлар моделі болып табылады.

Сыңарларды өсірудің басталуы

XVIII ғасырдағы Еуропада жабайы қоңыр тышқандар (Rattus norvegicus) кең таралған және бұл жағдай тышқан аулау индустриясын дамытты. Тышқан аулаушылар кеміргіштерді аулап ғана емес, оларды тағам ретінде немесе, көбінесе, тышқан аулауға жем ретінде сату арқылы табыс табады. Тышқан аулау – бұл танымал спорт түрі, онда шұңқырды тышқандармен толтырып, терьердің оларды қанша уақытта өлтіретінін анылайды. Уақыт өте келе, осы жарыстарға арналған тышқандарды өсіру түстік өзгерістерге, әсіресе альбинос және күңгірт түрлеріне әкелген болуы мүмкін. Альбинос мутанттары алғаш рет 1828 жылы аша тұруға қатысты эксперимент үшін зертханаға әкелінді. Келесі 30 жыл ішінде тышқандар тағы бірнеше тәжірибелерде қолданылды және ақырында зертханалық тышқан ғана ғылыми мақсаттар үшін үйреткен алғашқы жануарға айналды. Жапонияда Эдо дәуірінде тышқандарды үй жануарлары ретінде ұстау кең таралған, ал 18 ғасырда Юсо Таманокакехаси (1775) және Чинган Содатегуса (1787) үй тышқандарын ұстау туралы нұсқаулықтар жариялады. 2012 жылы Киото университетінің Такаши Курамото басқаруымен жүргізілген әлемнің әртүрлі бөліктерінен жиналған 117 альбинос тышқанның генетикалық талдауы альбиностардың күңгірт тышқандардан шыққанын және барлық альбиностардың жалғыз ата-бабадан шыққанын көрсетті. Күңгірт тышқандардың 20 ғасырдың басында «жапон тышқаны» деп белгілі болғанын ескере отырып, Курамото бір немесе бірнеше жапон күңгірт тышқандары Еуропаға немесе Америкаға әкелінген болуы мүмкін деген қорытындыға келді және осы күңгірт тышқандарды өсіру нәтижесінде пайда болған альбинос тышқан бүгінгі таңда қолданылып жүрген барлық альбинос зертханалық тышқандардың жалпы ата-бабасы болып табылады. Америкадағы тышқандардың алғашқы колониясын тамақтану зерттеулері үшін 1908 жылдың қаңтарында Эльмер Макколлум құрды, содан кейін Томас Берр Осборн және Лафайетт Мендель тышқандардың тамақтану талаптарын ақуыздық тамақтанудың егжей-тегжейін анықтау үшін пайдаланды. Репродуктивті функциясы Берклидегі Калифорния университетінің Эксперименттік биология институтында Герберт Маклин Эванс және Джозеф А. Лонг зерттеді. Тышқандардың генетикасын 1994 жылы жабылатынға дейін Гарвард университетінің Бусси институтында Уильям Эрнест Касл зерттеді. Тышқандар қатерлі ісіктерді зерттеуде ұзақ уақыттан бері қолданылып келеді, мысалы, Крокердің қатерлі ісіктерді зерттеу институтында. Бұл түрдің ғылыми зерттеулердегі тарихи маңызы оған қатысты әдебиеттердің мөлшерінде көрініс табады: зертханалық тышқандарға қарағанда шамамен 50% көп. Holtzman альбинос тұқымдары, Long–Evans және Lister қара күңгірт тышқандары бар. Инбридті тұқымдар да қол жетімді, бірақ олар инбридті тышқандар сияқты жиі қолданылмайды. Rattus norvegicus геномның көп бөлігі секвенцияландырылған. 2003 жылдың қазан айында зерттеушілер ядролық трансфер арқылы екі зертханалық тышқанды клондауға қол жеткізді. Бұл генетикалық зерттеулер үшін тышқандарды тиімді етуді бастаған жаңалықтардың алғашқысы болды, бірақ олар әлі де тышқаннан артта қалып отыр, өйткені олар генетикалық манипуляция үшін әдетте қолданылатын эмбрионалды түбірлі жасушалар әдістеріне жақсырақ бейімделеді. Жүріс-тұрысы мен физиологиясы туралы байқауларды негізгі гендерге дейін жеткізуді қалаған көптеген зерттеушілер олардың тышқандағы аспектілерін адамдар үшін маңыздырақ және тышқанға қарағанда байқауға оңай деп санайды, бұл тышқанға қолданылатын генетикалық зерттеу әдістерін дамытуға серпін береді. 1972 жылы жүргізілген зерттеуде алты түрлі коммерциялық жеткізушілерден алынған Sprague Dawleys неоплазмаларын салыстырып, эндокриндік және сүт безі ісіктерінің жиілігінде айтарлықтай айырмашылықтар байқалды. Тіпті әр түрлі зертханаларда бір көзден алынған тышқандарда бүйрек үсті безінің ісіктері жиі кездесетіндігі де айтарлықтай өзгерген. Бір ғана өнім берушіден келген қарыншаларда басқа барлық ұрық ісіктері пайда болды. Зерттеушілер әртүрлі өнім берушілерден алынған Sprague Dawleys-те ісіктердің жиілігі басқа тышқан тұқымдары сияқты бір-бірінен ерекшеленетінін анықтады. Зерттеу авторлары «әр түрлі зертханаларда және/немесе әр түрлі көздерден алынған тышқандарда жүргізілген канцерогендік зерттеулерді бағалауда ең жоғары сақтық қажеттігіне баса назар аударды». Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде азық-түлік рационы шектеулі болған кезде британдық биологтар зертханалық тышқандарды қаймақпен пісіріп жеген. Ғалымдар сонымен қатар тышқанның дене температурасын реттеу үшін оның құйрығын зерттеумен айналысты. Тышқанның құйрығы айнымалы жылу алмастырғыш ретінде жұмыс істейді. Құйрықтың қан ағыны дене температурасын реттеуге мүмкіндік береді, өйткені ол симпатикалық вазоконстрикторлық нервтердің бақылауында болады. Құйрық температурасы жоғарылағанда вазодилатация жүреді, бұл жылудың жоғалуына себеп болады. Құйрық температурасы төмендегенде вазоконстрикция жүреді, бұл жылуды сақтауға мүмкіндік береді. Тышқанның құйрығындағы дене температурасын реттеу метаболизмді зерттеу үшін қолданылған.

In 18th century Europe, wild brown rats (Rattus norvegicus) ran rampant and this infestation fueled the industry of rat catching. Rat catchers would not only make money by trapping the rodents, but also by selling them for food or, more commonly, for rat baiting. Rat baiting was a popular sport, which involved filling a pit with rats and timing how long it took for a terrier to kill them all. Over time, breeding the rats for these contests may have produced variations in color, notably the albino and hooded varieties. The first time one of these albino mutants was brought into a laboratory for a study was in 1828 for an experiment on fasting. Over the next 30 years, rats were used for several more experiments and eventually the laboratory rat became the first animal domesticated for purely scientific reasons. In Japan, there was a widespread practice of keeping rats as a domesticated pet during the Edo period and in the 18th century guidebooks on keeping domestic rats were published by Youso Tamanokakehashi (1775) and Chingan Sodategusa (1787). Genetic analysis of 117 albino rat strains collected from all parts of the world carried out by a team led by Takashi Kuramoto at Kyoto University in 2012 showed that the albinos descended from hooded rats and all the albinos descended from a single ancestor. As there is evidence that the hooded rat was known as the "Japanese rat" in the early 20th century, Kuramoto concluded that one or more Japanese hooded rats might have been brought to Europe or the Americas and an albino rat that emerged as a product of the breeding of these hooded rats was the common ancestor of all the albino laboratory rats in use today. The first rat colony in America used for nutrition research was started in January 1908 by Elmer McCollum and then, nutritive requirements of rats were used by Thomas Burr Osborne and Lafayette Mendel to determine the details of protein nutrition. The reproductive function of rats was studied at the Institute for Experimental Biology at the University of California, Berkeley by Herbert McLean Evans and Joseph A. Long. The genetics of rats was studied by William Ernest Castle at the Bussey Institute of Harvard University until it closed in 1994. Rats have long been used in cancer research; for instance at the Crocker Institute for Cancer Research. The historical importance of this species to scientific research is reflected by the amount of literature on it: roughly 50% more than that on laboratory mice. Holtzman albino strains, Long–Evans, and Lister black hooded rats. Inbred strains are also available, but are not as commonly used as inbred mice. Much of the genome of Rattus norvegicus has been sequenced. In October 2003, researchers succeeded in cloning two laboratory rats by nuclear transfer. This was the first in a series of developments that have begun to make rats tractable as genetic research subjects, although they still lag behind mice, which lend themselves better to the embryonic stem cell techniques typically used for genetic manipulation. Many investigators who wish to trace observations on behavior and physiology to underlying genes regard aspects of these in rats as more relevant to humans and easier to observe than in mice, giving impetus to the development of genetic research techniques applicable to rats. A 1972 study compared neoplasms in Sprague Dawleys from six different commercial suppliers and found highly significant differences in the incidences of endocrine and mammary tumors. There were even significant variations in the incidences of adrenal medulla tumors among rats from the same source raised in different laboratories. All but one of the testicular tumors occurred in the rats from a single supplier. The researchers found that the incidence of tumors in Sprague Dawleys from different suppliers varied as much from each other as from the other strains of rats. The authors of the study "stressed the need for extreme caution in evaluation of carcinogenicity studies conducted at different laboratories and/or on rats from different sources." During food rationing due to World War II, British biologists had eaten laboratory rats, creamed. Scientists have also spent time studying the thermoregulation of the rat's tail in research. The rat's tail works as a variable heat exchanger. The tail's blood flow allows for thermoregulation to take place because it is under control of sympathetic vasoconstrictor nerves. Vasodilation occurs when the tail temperature increases, causing heat loss. Vasoconstriction occurs when the tail temperature decreases allowing heat to be conserved. Thermoregulation in the rat tail has been used to study metabolism.

Wistar құс

Вистар тышқаны – әртүрлі текті альбинос тышқан. Бұл тұқым 1906 жылы Вистар институтында биологиялық және медициналық зерттеулерде қолдану үшін шығарылды және зертханалар негізінен үй тышқанын (Mus musculus) пайдаланған кезде үлгілік организм ретінде қызмет ететін алғашқы тышқан болып табылады. Зертханалық тышқандардың жартысынан астамы физиолог Генри Герберт Дональдсон, ғылыми әкімші Милтон Дж. Гринман және генетикалық зерттеуші/эмбриолог Хелен Дин Кинг құрған бастапқы колониядан тараған. Вистар тышқаны қазіргі уақытта зертханалық зерттеулер үшін ең көп қолданылатын тышқандардың бірі. Ол кең басы, ұзын құлақтары және құйрығының ұзындығы денесінен әрқашан қысқа болуымен сипатталады. Спраг-Доули және Лонг-Эванс Вистар тышқандарынан шығарылған. Вистар тышқандары Спраг-Доули сияқтыларына қарағанда көбірек белсенді. Гипертониялық тышқан және Льюис – Вистар тышқандарынан дамыған тағы бір белгілі тұқымдар.

LongEvans құс

Long-Evans сысқыры – 1915 жылы Long және Evans бірнеше Wistar аналықтарын жабайы сұр аталықпен будандастыру арқылы шығарылған, аралас тұқымды сысқыр. Long Evans сысқырларының түсі ақ, мойны қара немесе сирек жағдайда ақ, мойны қоңыр болады. Олар көп мақсатты модельдік организм ретінде, әсіресе мінез-құлық зерттеулерінде, соның ішінде алкогольге қатысты зерттеулерде жиі қолданылады. Long Evans басқа тұқымдармен салыстырғанда алкогольді көп мөлшерде тұтынады, демек, осындай мінез-құлық зерттеулерін жүргізу үшін аз уақыт талап етіледі.

Sprague Dawley құс

Sprague Dawley – медициналық және тамақтану зерттеулерінде кеңінен қолданылатын, көп мақсатты альбиностық егеуқұйрық тышқан тұқымы. Оның басты артықшылығы – тыныш мінезі және оңай қолдануға ыңғайлылығы. Бұл тышқан тұқымын алғаш рет 1925 жылы Висконсин штатының Мэдисон қаласындағы Sprague Dawley фермалары (кейін Sprague Dawley Animal Company болып өзгерген) өндірген. Тұқымның атауы бастапқыда дефиспен жазылған, бірақ қазіргі бренд стилінде (Sprague Dawley, Envigo қолданатын сауда таңбасы) дефис қолданылмайды. Sprague Dawley тышқанының орташа ұрық саны 11,0-ға тең. Бұл тышқандардың дене ұзындығына шаққанда құйрығы Wistar тышқандарына қарағанда ұзын болады. Олар Séralini дауы кезінде пайдаланылды, онда RoundUp гербициді осы тышқандарда ісік пайда болуын күшейтеді деген мәлімдеме жасалды. Алайда, осы тышқандардың ісіктердің жоғары (және өте өзгермелі) жылдамдықпен өсуге бейім екені белгілі болғандықтан, зерттеудің әдістемесінде кемшіліктер бар және оның қорытындылары нақтыланбаған деп танылды.

Биологиялық асылдандырушы тышқан

Биоасыл тышқан (сондай-ақ биоасыл диабетке бейім тышқан немесе BBDP тышқан) – 1-типті аутоиммундық диабетті спонтанды түрде дамытатын ішкі селекцияланған штамм. NOD егештері сияқты, биоасыл тышқандар да 1-типті диабетті зерттеу үшін жануарлар моделі ретінде қолданылады. Бұл штамм адамның 1-типті диабетінің көптеген ерекшеліктерін қайталайды және T1DM патогенезін зерттеуге зор үлес қосты.

Браттлеборолық тышқан

Браттлеборо егесі – Генри А. Шрёдер мен техник Тим Винтон 1961 жылы Вермонт штатының Батыс Браттлеборо қаласында Дартмут медицина мектебі үшін өрбіттіген штамм. Онда бүйрек функциясын реттеуге көмектесетін вазопрессин гормонын өндіре алмайтын табиғи генетикалық мутация бар. Бұл егестерді Генри Шрёдер мен техник Тим Винтон зертханалық қолдану үшін өсірген, олар 17 егестен тұратын ұрпақ тым көп ішіп, зәр шығаратынын байқаған.

Шашы жоқ тышқан

Терісіз зертханалық тышқандар зерттеушілерге нашарлаған иммундық жүйе және генетикалық бүйрек аурулары туралы құнды деректер ұсынады. Зертханалық тышқандарда рецессивті түксіздікке себеп болатын 25-тен астам ген бар екені естімелі. Олардың ең көп таралғандары rnu (Rowett nude), fz (fuzzy) және shn (shorn) деп аталады. 1953 жылы Шотландияда алғаш рет анықталған Роуетт түксіз тышқандарында тимус мүшесі жоқ. Бұл мүшенің болмауы олардың иммундық жүйесін күрт әлсіретіп, тыныс жолдары мен көздерде инфекциялардың өсуіне себеп болады. Жүнді тышқандар 1976 жылы Пенсильваниядағы зертханада анықталды. Fz/fz генотипіндегі тышқандардың өлімінің басты себебі – шамамен бір жасқа келген кезде басталатын прогрессивті бүйрек жеткіліксіздігі. Шортты тышқандар 1998 жылы Коннектикут штатындағы Спраг-Доули тышқандарынан өсірілді. Олар да ауыр бүйрек проблемаларынан зардап шегеді.

Льюис тышқан

Льюис егесі 1950-ші жылдардың басында Маргарет Льюис Wistar штаммынан алынған. Оның ерекшеліктері – альбинос түсі, қарапайым мінезі және төмен өнімділігі.

Хирургтардың Корольдік колледжі

Корольдік хирургтар колледжінің егезі (немесе RCS егезі) – тұқым қуалайтын тор қабығының дегенерациясы анықталған алғашқы жануар. Көп жылдар бойы генетикалық ақау белгісіз болған, бірақ 2000 жылы MERTK геніндегі мутация ретінде анықталды. Бұл мутация фоторецепторлардың сыртқы сегменттерін тор қабығы пигменттік эпителийінің бұрыс фагоцитозына себеп болады.

Қалқып тұрған қасқыр Кавасаки

Кавасакидің дірілдеп қозғалатын егесі (SRK) – RELN (релин) генінде қысқа жойылған бөлік бар аутосомалық рецессивті мутант. Бұл релин ақуызының экспрессиясын төмендетуге алып келеді, ол қабықшаның дұрыс қабаттануы және мишықтың дамуы үшін өте маңызды. Оның фенотипі кеңінен зерттелген «релер» егесіне ұқсас. Кавасакидің дірілдеп қозғалатын егесі алғаш рет 1988 жылы сипатталған. Бұл және Льюис егесі – Wistar егесінен шыққан белгілі штамдар.

Шошқа

Цукер егесі семіздік және гипертонияны зерттеу үшін генетикалық модель ретінде өсірілді. Олар Лоис М. Цукер және Теодор Ф. Цукердің құрметіне аталған, семіздіктің генетикасын зерттеудегі алғашқы зерттеушілер. Цукер егесінің екі түрі бар: жұқа Цукер егесі, доминантты белгі (Fa/Fa) немесе (Fa/fa) ретінде белгіленеді; және ерекше семіз (немесе майлы) Цукер егесі немесе Цукер диабетикалық майлы егесі (ZDF егесі), бұл лептин рецепторының рецессивті белгісі (fa/fa), орташа салмақтан екі еседен астам салмаққа жетеді. Семіз Цукер егестерінің қан ағынында липидтер мен холестериннің деңгейі жоғары, гипергликемияға ұшырамастан инсулинге төзімді және май клеткаларының мөлшері мен санының артуынан салмақ жинақтайды. Цукер егестерінің семіздігі негізінен олардың гиперфагиялық табиғатымен және шектен тыс аштығымен байланысты; алайда, тамақ түтіну гиперлипидемияны немесе жалпы дене құрамын толық түсіндірмейді.

Нокаутты қарышқырлар

Нокаутты тышқан (кейде нокаут деп те жазылады) – генетикалық инженерия арқылы жасалған, мақсатты мутация нәтижесінде бір гені өшірілген тышқан. Нокаутты тышқандар адам ауруларын модельдеуге мүмкіндік береді және гендердің қызметін зерттеу, сондай-ақ жаңа дәрілерді табу және жасау үшін маңызды құралдар болып табылады. Нокаутты тышқандарды өндіру 2008 жылы техникалық тұрғыдан мүмкін болды, бұл Ұлттық денсаулық сақтау институтының (NIH) 120 миллион долларлық қаржыландыруымен жүзеге асырылған Тышқан геномын тізбектеу жобасының консорциумы және Нокаутты тышқандар консорциумының (KORC) мүшелерінің жұмысының арқасында мүмкін болды. Мырыш саусақты нуклеаза технологиясын қолдана отырып, Паркинсон ауруы, Альцгеймер ауруы, гипертония және диабет ауруларының нокаутты тышқан модельдері SAGE Labs компаниясымен коммерцияландырылуда.