小鼠為何成了實驗動物?小鼠與人類的基因組及生理構造相似

2021-01-09 騰訊網

作者:巧兮

人類從未停止對生命的探索,而在這漫長的道路上,小鼠可以說是科學家們最愛用到的實驗動物。繁殖能力強,飼養要求低,改造相對容易,都是廣大科研人員愛它的理由。

天天跟小鼠打交道的你,對於這些可愛的小耗子們又了解多少呢?今天就一起來看看這些與我們朝夕相處,為科研做出傑出貢獻的小動物到底有什麼故事吧。

好好的小鼠怎麼就成了實驗動物?

早在公元前四世紀,亞里斯多德就曾開展過動物實驗,沒錯,就是那個享譽古今,愛老師更愛真理的先哲,為此,還曾著有《動物志》、《論動物部分》等相關研究,這時期開始,動物實驗開始進入歷史舞臺。

亞里斯多德的《論動物部分》

生物學家通過對選定的生物物種進行科學研究,用於揭示某種具有普遍規律的生命現象,這種被選定的生物物種就是模式生物,常用的模式生物有:線蟲、果蠅、斑馬魚、小鼠等。

(繪圖:任丹丹)

回顧模式小鼠的祖先,不得不從100多年前講起。1900年,一位退休的小學教師Abbie E.C. Lathrop,在她的家鄉美國麻薩諸塞州格蘭比開了一家養殖場,本計劃退休生涯成為養雞專業戶,但誰知正值一戰前經濟蕭條階段,養雞虧本了,可她發現,當時特別流行飼養寵物鼠,於是她搖身一變改養寵物鼠了。

由於繁殖數量龐大,Abbie E.C. Lathrop對寵物鼠的繁殖和飼養條件有著完備的記錄。正所謂酒香不怕巷子深,很快,哈佛大學Bussey研究所的研究人員開始購買她的小鼠,並成為了回頭客。至此,Lathrop的小鼠們正式走向模式小鼠的歷史舞臺,以至於後來,Lathrop本人也開始參與科學研究,並發表了多篇論文。可見上帝為你關上一扇門,可能還為你留了一扇窗,養雞不行,還可以去養老鼠。

報紙對小鼠農場的報導

當時Bussey研究所的所長正好便是遺傳學大神William Ernest Castle。他在購買了Lathrop培養的小鼠後,對其展開了孟德爾定律和腫瘤方面的研究,並讓他的學生Clarence Cook Little利用Lathrop的小鼠開展遺傳學相關研究。

William Ernest Castle

為避免不同遺傳背景對實驗結果造成的差異,Little利用連續全同胞兄妹交配的方式產生了史上第一批近交系小鼠——Dilute Brown non-Agouti(DBA)。一戰結束後,Little來到冷泉港,創建了Jackson實驗室,專門開展小鼠遺傳學和人類疾病的研究,如今該研究機構保存了6500種以上的小鼠品系。

Clarence Cook Little登上時代周刊

做研究 哪一種鼠適合你?

經過這麼多年的演變,小鼠直到今天依然廣泛用於科研實驗中,有報導,模式小鼠在科研中的運用佔據了模式動物的59%

(繪圖:任丹丹)

歸根結底,除了飼養簡單,繁殖能力快,小鼠與人類的基因組及生理構造相似率高達99%這一點也使得它們立於不敗之地,並且對小鼠的改造和培養相較於其他動物更加容易。

(繪圖:任丹丹)

目前,常用小鼠主要分為,近交系、封閉群和突變系。如何根據自己的實驗需求選擇適合自己的那一種鼠呢?

近交系

即20代全同胞兄妹單線連續繁殖,最早被Little使用,得到了今天的近交系。顧名思義,就是近親繁殖,在這種逆天的繁殖體系中,保證了遺傳基因的均一和穩定。最為人熟知的近交系小鼠算是BALB/c和C57BL/6。

l BALB/c,也就是我們通常說的小白鼠,白毛紅眼,非常可愛,因為酪氨酸酶基因突變,使得黑色素無法合成,因此屬於白化種。還記得當年課本中的講到的單克隆抗體製備嗎?其中用到的骨髓瘤細胞基本都來源於它們。不幸的是,看起來很蠢萌、很阿呆的它們,已被報導極可能患了孤獨症,因此今後又將作為人類行為學研究中的一員了。

BALB/c

單克隆抗體的製備流程圖(圖片來源:百度)

l C57BL/6,也就是我們通常說的B6。有多少同學因為它們黑毛黑眼、脾氣火爆,而拒之千裡。它們的確比BALB/c更喜歡咬人,相信有很多同學都注意到,雌性B6會產生不規律的脫毛情況,這與疾病無關,僅僅是由於個別性格強勢的個體喜歡薅別人毛髮而已,甚至把人家鬍子一起拽掉。

因為它們在遺傳方面的穩定性,並且易於繁殖,B6可以被用於基因改造,產生基因突變或細胞缺失小鼠。但是,由於它們對疼痛的敏感,因此鎮痛劑對它們來說作用要弱很多,因此實驗時要注意鎮痛劑的注射劑量。除此之外,它們可謂是個十足的酒鬼,想要研究酒精成癮,選它們再合適不過了。

C57BL/6

l DBA小鼠,這個淡黃色好似田鼠一般的小傢伙,給人感覺脾氣很不好,養過的同學可能覺得它們生性暴躁,其實只是因為它們對聲音更加敏銳,強噪音甚至會嚇破它們的膽。雖然現在C57BL/6和BALB/c的崛起導致DBA的使用減少,但是它們可算是模式小鼠的始祖了。

DBA

封閉群

又叫遠交群,雌雄個體可以隨機交配。我們必要提到的就是昆明小鼠和ICR小鼠了。

l 昆明小鼠(KM):是從印度Haffkine研究所引進的瑞士小鼠種,在昆明繁殖,並在1954年推廣到全國。這類小鼠抗病能力很強,是國內使用最廣的遠交系,廣泛用於研究腫瘤免疫、微生物免疫等模型

昆明小鼠

l 還有一種繁殖力超強的小鼠,ICR,祖先也是瑞士小鼠,乍一看與BALB/c傻傻分不清楚,但其實它們體型更大,還特別能生,一胎能產13-15隻小崽,且產子成活率高,因此廣泛用於藥理和毒理研究,或者有需要研究病原體導致的子代疾病都可以選擇這類模型。

ICR(畫外音:子子孫孫,無窮盡也)

突變系

最後要提的到這類品系,很特別,是在前鼠的基礎上進行基因改造而產生的。1966年,在蘇格蘭發現了一種自發突變的BALB/c小鼠,天生無毛,發育不良,免疫力差,極易被感染,後命名為BALB/c-nu小鼠,也就是常說的裸鼠

BALB/c-nu(畫外音:我很醜,但是我很溫柔)

裸鼠的繁殖能力較差,在交配過程中,需要保種BALB/c的近交系,並且還要有一個群體是攜帶裸基因的種群。因此在繁殖時,需要採用雄性nu/nu與雌性nu/+交配,以維持nu純合基因,並用純合nu群體與裸鼠相應近交系回交或互交,以維持其生產。

裸鼠無胸腺,因此缺乏成熟的T細胞,並且B淋巴細胞功能缺陷。在混合淋巴細胞反應中,不產生細胞毒性效應細胞,對刀豆素A和植物凝集素P無裂原應答,無接觸敏感性,也不會產生抑制排異現象,因此是非常好的腫瘤研究模型。

除了以上的幾種經典模型外,現在也發展出了其他的小鼠模型,用於各種研究,例如SCID小鼠,可用於構建人源化小鼠模型。當然,還有其他許多小眾的品系,比如下圖這位,BALB/c-Hrhr-KITOX-BM15-Mu ,它們可是專門用於研究脫髮的模型,是不是讓你覺得醜得可愛呢?

脫髮模型BALB/c-Hrhr-KITOX-BM15-Mu

小鼠生理年齡小科普

(繪圖:任丹丹)

相信做小鼠實驗的科研汪們都曾經遇到這樣的問題,小鼠的年齡怎麼算?那麼今天教大家一個科學的換算方法。

小鼠出生14天內的變化

不同於人類,小鼠短暫的一生只有24個月,對應到人類的全球平均壽命,大概是80歲。我們便可以如此換算:

(80×365)÷(2×365)=40 human days=1 mice day

也就是,人類的一年相當於小鼠的9.125天。如此推測,就可以簡單的得到小鼠所對應的人類年齡啦。

結語

小鼠可謂是模式生物中的長青樹,迄今為止利用小鼠開展的研究工作已經獲得了20多項諾貝爾生理學或醫學獎。隨著轉基因、基因敲除等技術的應用,更多基因工程小鼠將在生命科學研究中發揮更大的作用。

(繪圖:任丹丹)

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