Лабораторные крысы или лабораторные крысы — это линии подвида крыс Rattus norvegicus Domestica , которых разводят и содержат для научных исследований . Хотя крысы используются для исследований реже, чем лабораторные мыши , они служат важной моделью животного для исследований в области психологии и биомедицины . [1]
В Европе 18-го века дикие коричневые крысы ( Rattus norvegicus ) свирепствовали, и это заражение подпитывало индустрию отлова крыс. Крысоловы не только зарабатывали деньги, ловя грызунов, но и продавая их в пищу или, что чаще, для травли крыс .
Травля крыс была популярным видом спорта, который заключался в заполнении ямы крысами и расчете времени, которое понадобится терьеру, чтобы убить их всех. Со временем в результате разведения крыс для этих соревнований могли появиться вариации окраса, особенно разновидности- альбиносы и крысы с капюшоном . Впервые один из этих мутантов-альбиносов был доставлен в лабораторию для исследования в 1828 году для эксперимента по голоданию . В течение следующих 30 лет крыс использовали еще в нескольких экспериментах, и в конечном итоге лабораторная крыса стала первым животным, одомашненным по чисто научным причинам. [2]
В Японии в период Эдо была широко распространена практика содержания крыс в качестве домашних животных, а в XVIII веке руководства по содержанию домашних крыс были опубликованы Ёсо Таманокакехаси (1775 г.) и Чинганом Содатегуса (1787 г.). Генетический анализ 117 линий крыс-альбиносов , собранных со всех концов мира, проведенный командой под руководством Такаши Курамото из Киотского университета в 2012 году, показал, что альбиносы произошли от крыс с капюшоном, а все альбиносы произошли от одного предка. [3] Поскольку есть свидетельства того, что в начале 20-го века хохлатая крыса была известна как «японская крыса», Курамото пришел к выводу, что одна или несколько японских хохлачих крыс могли быть завезены в Европу или Америку, а крыса-альбинос, которая появилась как продукт разведения этих крыс с капюшоном был общим предком всех лабораторных крыс-альбиносов, используемых сегодня. [3]
Крыса рано нашла применение в лабораторных исследованиях в пяти областях: У.С. Смолл предположил, что скорость обучения можно измерить с помощью крыс в лабиринте ; предложение, использованное Джоном Б. Уотсоном для защиты докторской степени. диссертацию в 1903 году. [4] Первая колония крыс в Америке, используемая для исследований в области питания, была основана в январе 1908 года Элмером Макколлумом [5] , а затем Томас Берр Осборн и Лафайет Мендель использовали питательные потребности крыс для определения деталей белка . питание . Репродуктивная функция крыс изучалась в Институте экспериментальной биологии Калифорнийского университета в Беркли Гербертом Маклином Эвансом и Джозефом А. Лонгом. [6] Генетику крыс изучал Уильям Эрнест Касл в Институте Бусси Гарвардского университета, пока он не закрылся в 1994 году. Крысы уже давно используются в исследованиях рака ; например, в Институте исследования рака Крокера . [7]
Историческое значение этого вида для научных исследований отражается количеством литературы о нем: примерно на 50% больше, чем о лабораторных мышах . [2] Лабораторных крыс часто подвергают вскрытию или микродиализу для изучения внутренних воздействий на органы и мозг, например, при раке или фармакологических исследованиях. Лабораторные крысы, не забитые в жертву, могут быть подвергнуты эвтаназии или, в некоторых случаях, превращены в домашних животных .
Домашние крысы во многом отличаются от диких крыс (различные виды Rodentia ): они более спокойны и значительно менее склонны к укусам, могут переносить большую скученность, раньше размножаются и производят больше потомства, а их мозг , печень , почки , надпочечники железы и сердце меньше.
Ученые вывели множество линий или «линий» крыс специально для экспериментов. Большинство из них происходят от крысы-альбиноса Вистар , которая до сих пор широко используется. Другими распространенными линиями являются линии Sprague Dawley , Fischer 344, [8] линии альбиносов Хольцмана, черные крысы с капюшоном Лонга-Эванса и Листера. Инбредные штаммы также доступны, но они не так часто используются, как инбредные мыши.
Большая часть генома Rattus norvegicus секвенирована . [9] В октябре 2003 года исследователям удалось клонировать двух лабораторных крыс путем переноса ядер . Это было первое из серии разработок, которые начали делать крыс приемлемыми в качестве объектов генетических исследований, хотя они все еще отстают от мышей, которые лучше поддаются методам использования эмбриональных стволовых клеток , обычно используемых для генетических манипуляций . Многие исследователи, желающие связать наблюдения за поведением и физиологией с лежащими в их основе генами , считают, что эти аспекты у крыс более актуальны для человека и их легче наблюдать, чем у мышей, что дает толчок развитию методов генетических исследований, применимых к крысам.
Исследование 1972 года сравнило новообразования у Sprague Dawleys от шести разных коммерческих поставщиков и обнаружило весьма существенные различия в частоте возникновения эндокринных опухолей и опухолей молочной железы . Были даже значительные различия в частоте возникновения опухолей мозгового вещества надпочечников среди крыс из одного и того же источника, выращенных в разных лабораториях. Все опухоли яичек , кроме одной, возникли у крыс от одного поставщика. Исследователи обнаружили, что частота возникновения опухолей у крыс Sprague Dawleys от разных поставщиков различалась так же сильно, как и у других линий крыс. Авторы исследования «подчеркнули необходимость проявлять крайнюю осторожность при оценке исследований канцерогенности , проводимых в разных лабораториях и/или на крысах из разных источников». [10]
Во время нормирования продуктов питания из-за Второй мировой войны британские биологи ели лабораторных крыс со сливками. [11] [12] [13] [14] [15] [16]
Ученые также потратили время на изучение терморегуляции крысиного хвоста. Хвост крысы работает как переменный теплообменник. Кровоток хвоста обеспечивает терморегуляцию, поскольку он находится под контролем симпатических сосудосуживающих нервов. [17] Расширение сосудов происходит, когда температура хвоста увеличивается, вызывая потерю тепла. Сужение сосудов возникает, когда температура хвоста снижается, позволяя сохранять тепло. Терморегуляция хвоста крысы использовалась для изучения метаболизма. [18]
« Штамм » по отношению к грызунам — это группа, в которой все члены, насколько это возможно, генетически идентичны. У крыс это достигается путем инбридинга . Имея такую популяцию, можно проводить эксперименты по изучению роли генов или проводить эксперименты, которые исключают вариации генетики как фактора. Напротив, « аутбредные » популяции используются, когда идентичные генотипы не нужны или требуется популяция с генетическими вариациями, и таких крыс обычно называют «поставками», а не «линиями». [19] [20]
Крыса Вистар — беспородная крыса-альбинос. Эта порода была выведена в Институте Вистар в 1906 году для использования в биологических и медицинских исследованиях и, в частности, является первой крысой, созданной в качестве модельного организма в то время, когда лаборатории в основном использовали домовую мышь ( Mus musculus ). Более половины всех линий лабораторных крыс произошли от первоначальной колонии, основанной физиологом Генри Гербертом Дональдсоном , научным руководителем Милтоном Дж. Гринманом и генетическим исследователем/эмбриологом Хелен Дин Кинг . [21] [22] [23]
Крыса Вистар в настоящее время является одной из самых популярных крыс, используемых для лабораторных исследований. Для него характерна широкая голова, длинные уши и длина хвоста, которая всегда меньше длины тела. Sprague Dawley и Long-Evans были разработаны на базе Wistars. Wistars более активны, чем другие, такие как Sprague Dawleys. Крысы со спонтанной гипертензией и крысы Льюиса — другие известные породы, полученные от Wistars.
Крыса Лонга-Эванса — беспородная крыса, выведенная Лонгом и Эвансом в 1915 году путем скрещивания нескольких самок Вистар с диким серым самцом. Крысы Лонг-Эванса белые с черным капюшоном, иногда белые с коричневым капюшоном. Их используют в качестве многоцелевого модельного организма , часто в поведенческих исследованиях, особенно в исследованиях алкоголя. Лонг-Эвансы потребляют алкоголь гораздо чаще, чем другие штаммы, поэтому для этих поведенческих исследований требуется меньше времени. [ нужна цитата ]
Спрэг-Доули — беспородная многофункциональная порода крыс-альбиносов, широко используемая в медицинских и пищевых исследованиях. [24] [25] [26] [27] Его главным преимуществом является спокойствие и простота в обращении. [28] Эта порода крыс была впервые произведена на фермах Sprague Dawley (позже ставших Sprague Dawley Animal Company ) в Мэдисоне, штат Висконсин , в 1925 году. Первоначально название было через дефис, хотя сегодня стиль бренда (Sprague Dawley, торговая марка) используется Envigo ) нет. Средний размер помета крысы Спрэг-Доули составляет 11,0. [29]
У этих крыс обычно более длинный хвост, пропорциональный длине тела, чем у Вистарс. Их использовали в деле Сералини , где утверждалось, что гербицид Раундап увеличивает вероятность возникновения опухолей у этих крыс. Однако, поскольку известно, что у этих крыс опухоли растут с высокой (и очень разной) скоростью, исследование было признано ошибочным по дизайну, а его результаты необоснованными. [30]
Биологическая крыса (так называемая биоразведенная крыса, склонная к диабету или крыса BBDP) представляет собой инбредную линию, у которой спонтанно развивается аутоиммунный диабет 1 типа . Как и мыши NOD , биологические крысы используются в качестве животной модели диабета 1 типа. Этот штамм повторяет многие особенности диабета 1 типа у человека и внес большой вклад в исследование патогенеза СД1. [31]
Крысы Брэттлборо — это штамм, который был выведен Генри А. Шредером и техником Тимом Винтоном в Западном Брэттлборо , штат Вермонт, начиная с 1961 года, для Дартмутской медицинской школы . Он имеет естественную генетическую мутацию, из-за которой особи не могут вырабатывать гормон вазопрессин , который помогает контролировать функцию почек. Крыс выращивали для лабораторного использования Генри Шредер и техник Тим Винтон, которые заметили, что помет из 17 человек чрезмерно пил и мочился.
Безволосые лабораторные крысы предоставляют исследователям ценные данные о нарушенной иммунной системе и генетических заболеваниях почек. Подсчитано, что существует более 25 генов, которые вызывают рецессивное облысение у лабораторных крыс. [32] Наиболее распространенные из них обозначаются как rnu (обнаженный Роуэтт), fz (нечеткий) и shn (стриженный).
Крыса Льюис была выведена Маргарет Льюис из стада Wistar в начале 1950-х годов. Характеристики включают окраску альбиноса, послушное поведение и низкую плодовитость. [36] Крысы Льюиса страдают от нескольких спонтанных патологий: во-первых, они могут страдать от высокой заболеваемости новообразованиями, причем продолжительность жизни крысы в основном определяется этим. Наиболее часто встречаются аденомы гипофиза и аденомы/аденокарциномы коры надпочечников у обоих полов, опухоли молочной железы и карциномы эндометрия у женщин, С-клеточные аденомы/аденокарциномы щитовидной железы и опухоли системы кроветворения у мужчин. Во-вторых, крысы Льюиса склонны к развитию спонтанного трансплантируемого лимфатического лейкоза. Наконец, в пожилом возрасте у них иногда развивается спонтанный гломерулярный склероз. [36]
Исследовательские применения включают исследования в области трансплантации, индуцированного артрита и воспаления, экспериментального аллергического энцефалита и диабета, индуцированного STZ. [37] [36]
Крыса Королевского колледжа хирургов (или крыса RCS) — первое известное животное с наследственной дегенерацией сетчатки. Хотя генетический дефект не был известен в течение многих лет, в 2000 году он был идентифицирован как мутация гена MERTK. Эта мутация приводит к дефектному фагоцитозу пигментного эпителия сетчатки внешних сегментов фоторецепторов. [38]
Дрожащая крыса Кавасаки (SRK) — аутосомно-рецессивный мутант с короткой делецией в гене RELN (рилин). [39] Это приводит к снижению экспрессии белка рилина, необходимого для правильного ламинирования коры и развития мозжечка . Его фенотип подобен широко исследованной мыши -риллеру . Трясущаяся крыса Кавасаки была впервые описана в 1988 году. [40] Эта крыса и крыса Льюиса являются хорошо известными потомками, полученными от крыс Вистар.
Крыса Цукера была выведена в качестве генетической модели для исследований ожирения и гипертонии. Они названы в честь Лоис М. Цукер и Теодора Ф. Цукера, пионеров в изучении генетики ожирения. Существует два типа крыс Цукера: худая крыса Цукера, обозначаемая как доминантный признак (Fa/Fa) или (Fa/fa); и крыса Цукера с характерным ожирением (или ожирением) или диабетическая жирная крыса Цукера (крыса ZDF), которая на самом деле является рецессивным признаком (fa/fa) рецептора лептина , способная весить до 1 килограмма (2,2 фунта) — более в два раза больше среднего веса. [41] [42] [43]
Крысы Цукера, страдающие ожирением, имеют высокий уровень липидов и холестерина в крови, устойчивы к инсулину , не страдая гипергликемией , и набирают вес за счет увеличения как размера , так и количества жировых клеток . [44] Ожирение у крыс Цукера в первую очередь связано с их гиперфагией и чрезмерным голодом; однако прием пищи не полностью объясняет гиперлипидемию или общий состав тела. [42] [44]
Нокаутная крыса (также пишется как нокаут или нокаут ) — это генетически модифицированная крыса, у которой единственный ген отключен посредством целевой мутации . Нокаутные крысы могут имитировать человеческие заболевания и являются важным инструментом для изучения функций генов, а также для открытия и разработки лекарств . Производство нокаутных крыс стало технически возможным в 2008 году благодаря работе, профинансированной за счет 120 миллионов долларов США в виде финансирования от Национальных институтов здравоохранения (NIH) через Консорциум проектов по секвенированию генома крыс , а также работы, выполненной членами Консорциума Knock Out Rat Consortium (KORC). ). Лаборатории SAGE Labs коммерциализируют нокаутные крысиные модели болезней Паркинсона , болезни Альцгеймера , гипертонии и диабета с использованием технологии нуклеазы с цинковыми пальцами .
сливочная крыса.