Лабораторные крысы или лабораторные крысы — это штаммы подвида крыс Rattus norvegicus domestica (домашняя норвежская крыса), которые разводятся и содержатся для научных исследований . Хотя их реже используют для исследований, чем лабораторных мышей , крысы служат важной моделью животных для исследований в области психологии и биомедицинской науки . [1]
В Европе XVIII века дикие коричневые крысы ( Rattus norvegicus ) свирепствовали, и это нашествие подпитывало индустрию ловли крыс. Крысоловы не только зарабатывали деньги, отлавливая грызунов, но и продавали их для еды или, что было более распространено, для травли крыс .
Травля крыс была популярным видом спорта, который включал в себя заполнение ямы крысами и подсчет времени, которое потребуется терьеру, чтобы убить их всех. Со временем разведение крыс для этих соревнований могло привести к изменениям в окрасе, в частности, к появлению альбиносов и капюшонных разновидностей. Впервые один из этих мутантов-альбиносов был доставлен в лабораторию для исследования в 1828 году для эксперимента по голоданию . В течение следующих 30 лет крысы использовались еще в нескольких экспериментах, и в конечном итоге лабораторная крыса стала первым животным, одомашненным в чисто научных целях. [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 Таманокакэхаси (1775) и Чинганом Содатэгусой (1787). Генетический анализ 117 линий крыс-альбиносов , собранных со всех уголков мира, проведенный группой под руководством Такаши Курамото в Киотском университете в 2012 году, показал, что альбиносы произошли от капюшонных крыс, и все альбиносы произошли от одного предка. [3] Поскольку имеются доказательства того, что в начале 20-го века хохлатая крыса была известна как «японская крыса», Курамото пришел к выводу, что одна или несколько японских хохлатых крыс могли быть завезены в Европу или Америку, и крыса-альбинос, появившаяся в результате разведения этих хохлатых крыс, была общим предком всех альбиносных лабораторных крыс, используемых сегодня. [3]
Крысы нашли раннее применение в лабораторных исследованиях в пяти областях: WS Small предположил, что скорость обучения крыс может быть измерена в лабиринте ; предложение использовал Джон Б. Уотсон для своей докторской диссертации в 1903 году. [4] Первая крысиная колония в Америке, используемая для исследования питания, была основана в январе 1908 года Элмером Макколлумом [5] , а затем пищевые потребности крыс были использованы Томасом Берром Осборном и Лафайетом Менделем для определения деталей белкового питания . Репродуктивная функция крыс изучалась в Институте экспериментальной биологии Калифорнийского университета в Беркли Гербертом Маклином Эвансом и Джозефом А. Лонгом. [6] Генетика крыс изучалась Уильямом Эрнестом Каслом в Институте Басси Гарвардского университета до его закрытия в 1994 году. Крысы уже давно используются в исследованиях рака ; например, в Институте исследований рака Крокера . [7]
Историческая важность этого вида для научных исследований отражена в количестве литературы о нем: примерно на 50% больше, чем о лабораторных мышах . [2] Лабораторные крысы часто подвергаются вскрытию или микродиализу для изучения внутренних эффектов на органы и мозг, например, для онкологических или фармакологических исследований. Лабораторные крысы, не принесенные в жертву, могут быть подвергнуты эвтаназии или, в некоторых случаях, стать домашними животными .
Домашние крысы во многом отличаются от диких крыс (различные виды грызунов ): они более спокойны и значительно реже кусаются, могут переносить большую скученность, раньше размножаются и производят больше потомства, а их мозг , печень , почки , надпочечники и сердце меньше.
Ученые вывели много штаммов или «линий» крыс специально для экспериментов. Большинство из них получены от альбиносной крысы Wistar , которая до сих пор широко используется. Другие распространенные штаммы — это Sprague Dawley , Fischer 344, [8] штаммы альбиносов Holtzman, крысы Long–Evans и Lister black hooded. Инбредные штаммы также доступны, но не так широко используются, как инбредные мыши.
Большая часть генома Rattus norvegicus была секвенирована . [9] В октябре 2003 года исследователям удалось клонировать двух лабораторных крыс методом переноса ядра . Это было первым из серии разработок, которые начали делать крыс поддающимися обработке в качестве объектов генетических исследований, хотя они все еще отстают от мышей, которые лучше поддаются методам эмбриональных стволовых клеток, обычно используемым для генетических манипуляций . Многие исследователи, желающие проследить наблюдения за поведением и физиологией до основных генов, считают эти аспекты у крыс более соответствующими людям и более легкими для наблюдения, чем у мышей, что дало толчок развитию методов генетических исследований, применимых к крысам.
Исследование 1972 года сравнило новообразования у Sprague Dawleys от шести различных коммерческих поставщиков и обнаружило весьма существенные различия в частоте возникновения эндокринных и молочных опухолей. Были даже существенные различия в частоте возникновения опухолей мозгового вещества надпочечников среди крыс из одного источника, выращенных в разных лабораториях. Все, кроме одной, опухоли яичек возникли у крыс от одного поставщика. Исследователи обнаружили, что частота возникновения опухолей у Sprague Dawleys от разных поставщиков различалась так же сильно, как и у других линий крыс. Авторы исследования «подчеркнули необходимость крайней осторожности при оценке исследований канцерогенности , проводимых в разных лабораториях и/или на крысах из разных источников». [10]
Во время нормирования продовольствия из-за Второй мировой войны британские биологи ели лабораторных крыс, размоченных в сметане. [11] [12] [13] [14] [15] [16]
Ученые также потратили время на изучение терморегуляции хвоста крысы в ходе исследований. Хвост крысы работает как переменный теплообменник. Кровоток хвоста позволяет осуществлять терморегуляцию, поскольку он находится под контролем симпатических сосудосуживающих нервов. [17] Вазодилатация происходит, когда температура хвоста повышается, вызывая потерю тепла. Вазоконстрикция происходит, когда температура хвоста понижается, что позволяет сохранять тепло. Терморегуляция в хвосте крысы использовалась для изучения метаболизма. [18]
« Штамм », в отношении грызунов, представляет собой группу, в которой все члены, насколько это возможно, генетически идентичны. У крыс это достигается посредством инбридинга . Имея такой тип популяции, можно проводить эксперименты по роли генов или проводить эксперименты, которые исключают вариации в генетике как фактор. Напротив, « аутбредные » популяции используются, когда идентичные генотипы не нужны или требуется популяция с генетической изменчивостью, и таких крыс обычно называют «стадами», а не «штаммами». [19] [20]
Крыса Вистар — это 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, выведенной в качестве модельного организма в то время, когда лаборатории в основном использовали домовую мышь ( Mus musculus ). Более половины всех штаммов лабораторных крыс произошли от первоначальной колонии, созданной физиологом Генри Гербертом Дональдсоном , научным администратором Милтоном Дж. Гринманом и генетическим исследователем/эмбриологом Хелен Дин Кинг . [21] [22] [23]
Крыса Wistar в настоящее время является одной из самых популярных крыс, используемых для лабораторных исследований. Она характеризуется широкой головой, длинными ушами и длиной хвоста, которая всегда меньше длины ее тела. Sprague Dawley и Long–Evans были выведены из Wistars. Wistars более активны, чем другие, такие как Sprague Dawleys. Спонтанно гипертензивные крысы и Lewis — другие известные породы, выведенные из Wistars.
Крыса Лонг-Эванса — беспородная крыса, выведенная Лонгом и Эвансом в 1915 году путем скрещивания нескольких самок породы Вистар с диким серым самцом. Крысы Лонг-Эванса белые с черным капюшоном или иногда белые с коричневым капюшоном. Они используются 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 им требуется меньше времени. [ необходима цитата ]
Sprague Dawley — беспородная многоцелевая порода крыс-альбиносов, широко используемая в медицинских и диетологических исследованиях. [24] [25] [26] [27] Её главным преимуществом является спокойствие и простота в обращении. [28] Эта порода крыс была впервые выведена на фермах Sprague Dawley (позже ставших Sprague Dawley Animal Company ) в Мэдисоне, штат Висконсин , в 1925 году. Первоначально название писалось через дефис, хотя современный фирменный стиль (Sprague Dawley, торговая марка, используемая Envigo ) — нет. Средний размер помёта крыс Sprague Dawley составляет 11,0. [29]
У этих крыс обычно более длинный хвост по отношению к длине тела, чем у Вистаров. Их использовали в деле Сералини , где гербицид RoundUp , как утверждалось, увеличивал возникновение опухолей у этих крыс. Однако, поскольку известно, что у этих крыс опухоли растут с высокой (и очень изменчивой) скоростью, исследование было признано ошибочным в плане, а его выводы — необоснованными. [30]
Биоразводная крыса (также известная как биоразводная диабетическая крыса или крыса BBDP) — это инбредная линия, у которой спонтанно развивается аутоиммунный диабет 1 типа . Как и мыши NOD , биоразводные крысы используются в качестве животной модели диабета 1 типа. Линия воспроизводит многие черты человеческого диабета 1 типа и внесла большой вклад в исследование патогенеза СД1. [31]
Крыса Brattleboro — это штамм, который был выведен Генри А. Шредером и техником Тимом Винтоном в Уэст-Браттлборо , штат Вермонт, в 1961 году для Дартмутской медицинской школы . У него есть естественная генетическая мутация, которая делает особей неспособными вырабатывать гормон вазопрессин , который помогает контролировать функцию почек. Крысы выращивались для лабораторного использования Генри Шредером и техником Тимом Винтоном, которые заметили, что помет из 17 особей пил и мочился чрезмерно.
Безволосые лабораторные крысы предоставляют исследователям ценные данные относительно ослабленной иммунной системы и генетических заболеваний почек. По оценкам, существует более 25 генов, которые вызывают рецессивную безволосость у лабораторных крыс. [32] Наиболее распространенные из них обозначаются как rnu (Rowett nude), fz (fuzzy) и shn (shorn).
Крыса Льюиса была выведена Маргарет Льюис из популяции Вистар в начале 1950-х годов. Характерные черты включают окраску альбиноса, послушное поведение и низкую плодовитость. [36] Крыса Льюиса страдает от нескольких спонтанных патологий: во-первых, у них может быть высокая частота новообразований, и продолжительность жизни крысы в основном определяется этим. Наиболее распространенными являются аденомы гипофиза и аденомы/аденокарциномы коры надпочечников у обоих полов, опухоли молочной железы и эндометриальные карциномы у самок, а также аденомы/аденокарциномы С-клеток щитовидной железы и опухоли кроветворной системы у самцов. Во-вторых, крысы Льюиса склонны к развитию спонтанной трансплантируемой лимфатической лейкемии. Наконец, в пожилом возрасте у них иногда развивается спонтанный гломерулярный склероз. [36]
Научные приложения включают исследования трансплантации, индуцированный артрит и воспаление, экспериментальный аллергический энцефалит и диабет, вызванный СТЗ. [37] [36]
Крыса Королевского колледжа хирургов (или крыса RCS) является первым известным животным с наследственной дегенерацией сетчатки. Хотя генетический дефект не был известен в течение многих лет, он был идентифицирован в 2000 году как мутация в гене MERTK. Эта мутация приводит к дефектному фагоцитозу ретинального пигментного эпителия наружных сегментов фоторецепторов. [38]
Трясущаяся крыса Кавасаки (SRK) — это аутосомно-рецессивный мутант, имеющий короткую делецию в гене RELN (рилин). [39] Это приводит к снижению экспрессии белка рилина, необходимого для правильного ламинирования коры и развития мозжечка . Ее фенотип похож на широко исследованную мышь рилер . Трясущаяся крыса Кавасаки была впервые описана в 1988 году. [40] Эта и крыса Льюиса — хорошо известные линии, полученные от крыс Вистар.
Крыса Цукера была выведена в качестве генетической модели для исследования 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, обозначенная как доминантный признак (Fa/Fa) или (Fa/fa); и характерно тучная (или жирная) крыса Цукера 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 чем в два раза больше среднего веса. [41] [42] [43]
У крыс Цукера, страдающих ожирением, в крови высокий уровень липидов и холестерина , они устойчивы к инсулину, но не гипергликемичны , и набирают вес за счет увеличения как размера , так и количества жировых клеток . [44] Ожирение у крыс Цукера в первую очередь связано с их гиперфагической природой и чрезмерным голодом; однако потребление пищи не полностью объясняет гиперлипидемию или общий состав тела. [42] [44]
Нокаутная крыса (также пишется как knock out или knock-out ) — это генетически модифицированная крыса с одним геном, выключенным посредством целевой мутации . Нокаутные крысы могут имитировать человеческие заболевания и являются важными инструментами для изучения функции генов , а также для открытия и разработки лекарств. Производство нокаутных крыс стало технически осуществимым в 2008 году благодаря работе, финансируемой 120 миллионами долларов США из Национального института здравоохранения (NIH) через Консорциум проекта по секвенированию генома крысы , и работе, выполненной членами Консорциума по нокаутированным крысам (KORC). Модели заболеваний нокаутных крыс для болезни Паркинсона , болезни Альцгеймера , гипертонии и диабета , использующие технологию нуклеазы цинковых пальцев , коммерциализируются SAGE Labs.
крыса в сливках.