Labormaus - Laboratory mouse

Strichzeichnung einer Labormaus
Eine Albino- SCID- Labormaus
Eine Labormaus mit Zwischenfellfarbe

Die Labormaus oder Labormaus ist ein kleines Säugetier der Ordnung Rodentia, das gezüchtet und für die wissenschaftliche Forschung oder als Futter für bestimmte Haustiere verwendet wird. Labormäuse sind in der Regel von der Spezies musculus Mus . Sie sind das am häufigsten verwendete Säugetierforschungsmodell und werden für die Forschung in der Genetik , Psychologie , Medizin und anderen wissenschaftlichen Disziplinen verwendet. Mäuse gehören zur Klade der Euarchontoglires , zu der auch Menschen gehören. Diese enge Verwandtschaft, die damit verbundene hohe Homologie zum Menschen, ihre einfache Pflege und Handhabung sowie ihre hohe Reproduktionsrate machen Mäuse zu besonders geeigneten Modellen für die am Menschen orientierte Forschung. Das Laborgenom der Maus wurde sequenziert und viele Mausgene haben menschliche Homologe.

Andere Mäusearten, die manchmal in der Laborforschung verwendet werden, umfassen zwei amerikanische Arten, die Weißfußmaus ( Peromyscus leucopus ) und die nordamerikanische Hirschmaus ( Peromyscus maniculatus ).

Geschichte als biologisches Vorbild

Die Mäuse wurden in der biomedizinischen Forschung seit dem 17. Jahrhundert (von 30. Mai 1678) , wenn verwendet William Harvey verwendet sie für seine Studien zur Reproduktion und die Blutzirkulation und Robert Hooke verwendet , um sie zu untersuchen , um die biologischen Folgen einer Erhöhung des Luftdrucks. Während des 18. Jahrhunderts verwendeten Joseph Priestley und Antoine Lavoisier Mäuse, um die Atmung zu untersuchen . Gregor Mendel führte im 19. Jahrhundert seine frühen Untersuchungen zur Vererbung der Mäusefellfarbe durch, wurde jedoch von seinem Vorgesetzten aufgefordert, in seiner Zelle die Zucht von "Stinkenden Wesen, die sich zusätzlich kopulierten und Sex hatten" einzustellen. Dann stellte er seine Untersuchungen auf Erbsen um, aber da seine Beobachtungen in einer etwas obskuren botanischen Zeitschrift veröffentlicht wurden, wurden sie über 35 Jahre lang praktisch ignoriert, bis sie Anfang des 20. Jahrhunderts wiederentdeckt wurden. 1902 veröffentlichte Lucien Cuénot die Ergebnisse seiner Experimente mit Mäusen, die zeigten, dass Mendels Vererbungsgesetze auch für Tiere gelten – Ergebnisse, die bald bestätigt und auf andere Arten ausgeweitet wurden.

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts führte der Harvard- Student Clarence Cook Little im Labor von William Ernest Castle Studien zur Mausgenetik durch . Little und Castle arbeiteten eng mit Abbie Lathrop zusammen , einer Züchterin von ausgefallenen Mäusen und Ratten, die sie an Nagetierliebhaber und Halter exotischer Haustiere vermarktete und später in großen Mengen an wissenschaftliche Forscher verkaufte. Gemeinsam generierten sie den DBA (Dilute, Brown and non-Agouti) Inzucht-Mausstamm und initiierten die systematische Generierung von Inzuchtstämmen. Die Maus wurde seitdem ausgiebig als Modellorganismus verwendet und ist mit vielen wichtigen biologischen Entdeckungen des 20. und 21. Jahrhunderts verbunden.

Das Jackson Laboratory in Bar Harbor, Maine, ist derzeit mit rund 3 Millionen Mäusen pro Jahr einer der weltweit größten Anbieter von Labormäusen. Das Labor ist auch die weltweite Quelle für mehr als 8.000 genetisch definierte Mäusestämme und beherbergt die Datenbank Mouse Genome Informatics .

Reproduktion

1 Tag alte Welpen

Der Brutbeginn erfolgt bei Weibchen und Männchen im Alter von etwa 50 Tagen, obwohl Weibchen ihren ersten Östrus nach 25–40 Tagen haben können. Mäuse sind polyöstös und brüten das ganze Jahr über; Der Eisprung ist spontan. Die Dauer des Brunstzyklus beträgt 4–5 Tage und dauert etwa 12 Stunden und findet abends statt. Vaginalabstriche sind nützlich bei zeitgesteuerten Paarungen, um das Stadium des Brunstzyklus zu bestimmen. Die Paarung kann durch das Vorhandensein eines Kopulationspfropfens in der Vagina bis zu 24 Stunden nach der Kopulation bestätigt werden. Das Vorhandensein von Spermien auf einem Vaginalabstrich ist ebenfalls ein zuverlässiger Indikator für die Paarung.

Die durchschnittliche Tragzeit beträgt 20 Tage. Ein fruchtbarer postpartaler Östrus tritt 14–24 Stunden nach der Geburt auf , und die gleichzeitige Laktation und Trächtigkeit verlängert die Trächtigkeit aufgrund der verzögerten Einnistung um 3–10 Tage. Die durchschnittliche Wurfgröße beträgt bei optimaler Produktion 10–12, ist jedoch stark stammabhängig. Als allgemeine Regel gilt, Inzucht neigen Mäuse länger Tragzeiten haben und kleinere Würfe als Auszucht und Hybrid - Mäuse. Die Jungen werden Welpen genannt und wiegen bei der Geburt 0,5 bis 1,5 g, sind unbehaart und haben geschlossene Augenlider und Ohren. Welpen werden im Alter von 3 Wochen entwöhnt, wenn sie etwa 10–12 g (0,35–0,42 oz) wiegen. Wenn sich das Weibchen während des postpartalen Östrus nicht paart, fährt es 2–5 Tage nach dem Absetzen mit dem Radfahren fort.

Neugeborene Männchen unterscheiden sich von neugeborenen Weibchen durch den größeren anogenitalen Abstand und die größere Genitalpapille beim Männchen. Dies wird am besten erreicht, indem man die Schwänze der Wurfgeschwister anhebt und den Damm vergleicht .

Genetik und Stämme

Mäuse sind Säugetiere der Clade (eine Gruppe bestehend aus einem Vorfahren und all seinen Nachkommen) Euarchontoglires , was bedeutet, dass sie zusammen mit Lagomorphs , Baumspitzmäusen und fliegenden Lemuren zu den nächsten Nicht- Primaten- Verwandten des Menschen gehören .

Euarchontoglires
Glires
 

Rodentia (Nagetiere)

 
 

Lagomorpha (Kaninchen, Hasen, Pikas)

 
 
Euarchonta
 

Scandentia (Baumspitzmäuse)

 
Primatomorpha
 

Dermoptera (Fliegende Lemuren)

 
 
 

Primaten († Plesiadapiformes , Strepsirrhini , Haplorrhini )

 
 
 
 
 

Labormäuse sind dieselbe Spezies wie die Hausmaus ; sie sind jedoch in Verhalten und Physiologie oft sehr unterschiedlich . Es gibt Hunderte von Established angeboren , Auszucht und transgenen Sorten. Ein Stamm , in Bezug auf Nagetiere, ist eine Gruppe, in der alle Mitglieder genetisch so weit wie möglich identisch sind. Bei Labormäusen geschieht dies durch Inzucht . Durch diese Art von Population ist es möglich, Experimente zur Rolle von Genen durchzuführen oder Experimente durchzuführen, die genetische Variation als Faktor ausschließen. Im Gegensatz dazu werden ausgezüchtete Populationen verwendet, wenn identische Genotypen nicht erforderlich sind oder eine Population mit genetischer Variation erforderlich ist, und werden normalerweise als Bestände und nicht als Stämme bezeichnet . Über 400 standardisierte Inzuchtstämme wurden entwickelt.

Die meisten Labormäuse sind Hybriden verschiedener Unterarten, am häufigsten von Mus musculus domesticus und Mus musculus musculus . Labormäuse können eine Vielzahl von Fellfarben haben, darunter Agouti, Schwarz und Albino . Viele (aber nicht alle) Laborstämme sind Inzucht. Die verschiedenen Stämme werden mit bestimmten Buchstaben-Ziffern-Kombinationen identifiziert; zum Beispiel C57BL/6 und BALB/c . Die ersten solchen Inzuchtstämme wurden 1909 von Clarence Cook Little produziert , der die Maus als Labororganismus einflussreich förderte. Im Jahr 2011 waren schätzungsweise 83 % der in den USA gelieferten Labornagetiere C57BL/6-Labormäuse.

Genom

Die Sequenzierung des Labormaus - Genoms wurde Ende 2002 mit dem C57BL / 6 - Stamm abgeschlossen. Dies war nach dem Menschen erst das zweite Säugetiergenom, das sequenziert wurde. Das haploide Genom ist etwa drei Milliarden Basenpaare lang (3.000 Mb verteilt auf 19 autosomale Chromosomen plus 1 bzw. 2 Geschlechtschromosomen) und entspricht damit der Größe des menschlichen Genoms. Es ist schwierig, die Anzahl der im Mausgenom enthaltenen Gene abzuschätzen, auch weil die Definition eines Gens immer noch diskutiert und erweitert wird. Die aktuelle Zahl der primären kodierenden Gene in der Labormaus beträgt 23.139. verglichen mit geschätzten 20.774 beim Menschen.

Mutierte und transgene Stämme

Zwei Mäuse, die unter UV-Beleuchtung verstärktes grün fluoreszierendes Protein exprimieren, flankieren eine einfache Maus aus der nicht-transgenen Elternlinie.
Vergleich einer fettleibigen Knockout- Maus (links) und einer normalen Labormaus (rechts).

Verschiedene mutierte Mäusestämme wurden durch eine Reihe von Verfahren erzeugt. Eine kleine Auswahl aus den vielen verfügbaren Sorten umfasst -

Seit 1998 ist es möglich, Mäuse aus Zellen von erwachsenen Tieren zu klonen .

Aussehen und Verhalten

Labormäuse haben viele der physikalischen und Verhaltensmerkmale von Hausmäusen beibehalten; Aufgrund vieler Generationen künstlicher Selektion unterscheiden sich einige dieser Merkmale jedoch jetzt deutlich. Aufgrund der großen Anzahl von Labormäusestämmen ist es nicht praktikabel, deren Aussehen und Verhalten umfassend zu beschreiben; sie werden jedoch unten für zwei der am häufigsten verwendeten Stämme beschrieben.

C57BL/6

Eine weibliche C57BL/6 Labormaus
Hauptartikel: C57BL/6

C57BL/6-Mäuse haben ein dunkelbraunes, fast schwarzes Fell. Sie sind geräusch- und geruchsempfindlicher und beißen eher als die fügsameren Laborstämme wie BALB/c .

In Gruppen gehaltene C57BL/6-Mäuse (und andere Stämme) zeigen ein Barbering-Verhalten, bei dem die dominante Maus in einem Käfig selektiv Haare von ihren untergeordneten Käfiggenossen entfernt. Mäuse, die ausgiebig frisiert wurden, können große kahle Stellen an ihrem Körper haben, gewöhnlich um den Kopf, die Schnauze und die Schultern, obwohl das Barbier überall am Körper auftreten kann. Sowohl Haare als auch Vibrissen können entfernt werden. Barbering wird häufiger bei weiblichen Mäusen beobachtet; männliche Mäuse zeigen eher Dominanz durch Kämpfe.

C57BL/6 hat mehrere ungewöhnliche Eigenschaften, die es für einige Forschungsstudien nützlich, für andere jedoch ungeeignet machen: Es ist ungewöhnlich schmerz- und kälteempfindlich, und schmerzstillende Medikamente sind bei dieser Sorte weniger wirksam. Im Gegensatz zu den meisten Labormäusestämmen trinkt die C57BL/6 freiwillig alkoholische Getränke . Es ist überdurchschnittlich anfällig für Morphinsucht , Arteriosklerose und altersbedingten Hörverlust . Im direkten Vergleich mit BALB/c-Mäusen zeigen C57BL/6-Mäuse auch eine robuste Reaktion auf soziale Belohnungen und Empathie.

BALB/c

Hauptartikel: BALB/c
BALB/c Labormäuse

BALB/c ist ein im Labor gezüchteter Albino -Stamm, von dem eine Reihe gängiger Unterstämme abgeleitet sind. Mit über 200 gezüchteten Generationen seit 1920 sind BALB/c-Mäuse weltweit verbreitet und gehören zu den am häufigsten verwendeten Inzuchtstämmen in Tierversuchen .

BALB/c sind dafür bekannt, ein hohes Maß an Angst zu zeigen und relativ resistent gegen ernährungsbedingte Atherosklerose zu sein , was sie zu einem nützlichen Modell für die kardiovaskuläre Forschung macht.

Männliche BALB/c-Mäuse sind aggressiv und bekämpfen andere Männchen, wenn sie zusammen gehalten werden. Der Unterstamm BALB/Lac ist jedoch viel fügsamer. Die meisten BALB/c-Mäuse-Unterstämme haben eine lange reproduktive Lebensdauer.

Es gibt Unterschiede zwischen verschiedenen BALB/c-Substämmen, obwohl angenommen wird, dass diese eher auf Mutationen als auf genetische Kontamination zurückzuführen sind. Der BALB/cWt ist insofern ungewöhnlich, als 3% der Nachkommen echten Hermaphroditismus zeigen .

Haltung

Labormaus ( Ohrmarke beachten )

Handhabung

Traditionell wurden Labormäuse am Schwanzansatz aufgenommen. Neuere Forschungen haben jedoch gezeigt, dass diese Art des Umgangs Angst und aversives Verhalten verstärkt. Stattdessen wird empfohlen, Mäuse mit einem Tunnel oder hohlen Händen zu handhaben. In Verhaltenstests zeigen Mäuse mit Schwanzgriff eine geringere Bereitschaft, Teststimuli zu erforschen und zu untersuchen, im Gegensatz zu Mäusen mit Tunnelgriff, die leicht erkunden und robuste Reaktionen auf Teststimuli zeigen.

Ernährung

In der Natur sind Mäuse normalerweise Pflanzenfresser , die eine Vielzahl von Früchten oder Getreide konsumieren. In Laborstudien ist es jedoch in der Regel erforderlich, biologische Variationen zu vermeiden, und um dies zu erreichen, werden Labormäuse fast immer nur mit handelsüblichem pelletiertem Mäusefutter gefüttert. Die Nahrungsaufnahme beträgt ungefähr 15 g (0,53 oz) pro 100 g (3,5 oz) Körpergewicht pro Tag; Die Wasseraufnahme beträgt ca. 15 ml (0,53 imp fl oz; 0,51 US fl oz) pro 100 g Körpergewicht pro Tag.

Injektionsverfahren

Wege der Verabreichung von Injektionen in Labormäusen sind hauptsächlich subkutane , intraperitoneale und intravenöse . Die intramuskuläre Verabreichung wird aufgrund der geringen Muskelmasse nicht empfohlen. Eine intrazerebrale Verabreichung ist ebenfalls möglich. Jeder Verabreichungsweg hat eine empfohlene Injektionsstelle, eine ungefähre Nadelstärke und ein empfohlenes maximales Injektionsvolumen auf einmal an einer Stelle, wie in der folgenden Tabelle angegeben:

Route Empfohlene Website Nadelstärke Maximales Volumen
subkutan Rücken, zwischen Schulterblatt 25-26 ga 2-3 ml
intraperitoneal linker unterer Quadrant 25-27 ga 2-3 ml
intravenös seitliche Schwanzvene 27-28 ga 0,2 ml
intramuskulär Hintergliedmaße, kaudaler Oberschenkel 26-27 ga 0,05 ml
intrazerebral Schädel 27 ga

Zur Erleichterung der intravenösen Injektion in den Schwanz, können Labormäuse sorgfältig unter Wärmelampen erwärmt werden , um vasodilate die Gefäße.

Anästhesie

Ein übliches Schema zur Vollnarkose bei der Hausmaus ist Ketamin (in einer Dosis von 100 mg pro kg Körpergewicht) plus Xylazin (in einer Dosis von 5–10 mg pro kg), die intraperitoneal injiziert werden. Es hat eine Wirkungsdauer von etwa 30 Minuten.

Euthanasie

Zugelassene Verfahren zur Euthanasie von Labormäusen umfassen komprimiertes CO
2Gas, injizierbare Barbiturat- Anästhetika , inhalierbare Anästhetika wie Halothan und physikalische Methoden wie zervikale Dislokation und Enthauptung. Im Jahr 2013 hat die American Veterinary Medical Association neue Richtlinien für CO . herausgegeben
2 Induktion, die besagt, dass eine Flussrate von 10 % bis 30 % Volumen/min optimal für das Euthanasieren von Labormäusen ist.

Anfälligkeit für Krankheitserreger

In einer kürzlich durchgeführten Studie wurde ein Maus- Astrovirus in Labormäusen nachgewiesen, die an mehr als der Hälfte der untersuchten US-amerikanischen und japanischen Institute gehalten wurden. Maus-Astrovirus wurde in neun Mäusestämmen, einschließlich NSG , NOD-SCID , NSG-3GS , C57BL6 – Timp-3 –/– , uPA-NOG , B6J , ICR, Bash2 und BALB/C mit unterschiedlichen Prävalenzgraden gefunden. Die Pathogenität des Maus-Astrovirus war nicht bekannt.

Gesetzgebung in der Forschung

Vereinigtes Königreich

Im Vereinigten Königreich wird, wie bei allen anderen Wirbeltieren und einigen Wirbellosen, jedes wissenschaftliche Verfahren, das wahrscheinlich "Schmerz, Leiden, Leiden oder dauerhaften Schaden" verursacht, vom Innenministerium gemäß dem Animals (Scientific Procedures) Act 1986 geregelt . Die britischen Vorschriften gelten als die umfassendsten und strengsten der Welt. Detaillierte Daten zum Einsatz von Labormäusen (und anderen Arten) in der Forschung im Vereinigten Königreich werden jedes Jahr veröffentlicht. Im Vereinigten Königreich gab es im Jahr 2013 insgesamt 3.077.115 regulierte Verfahren an Mäusen in wissenschaftlichen Verfahrenseinrichtungen, die nach dem Gesetz lizenziert sind.

Vereinigte Staaten

In den USA werden Labormäuse nicht durch das vom USDA APHIS verwaltete Tierschutzgesetz reguliert . Das Gesetz über den öffentlichen Gesundheitsdienst (PHS), wie es von den National Institutes of Health verwaltet wird, bietet jedoch einen Standard für deren Pflege und Anwendung. Die Einhaltung der PHS ist Voraussetzung für die Förderung eines Forschungsvorhabens durch den Bund. Die PHS-Richtlinie wird vom Office of Laboratory Animal Welfare verwaltet. Viele akademische Forschungsinstitute beantragen freiwillig eine Akkreditierung, oft durch die Association for Assessment and Accreditation of Laboratory Animal Care , die die Pflegestandards im Leitfaden für die Pflege und Verwendung von Labortieren und die PHS-Richtlinie aufrechterhält . Diese Akkreditierung ist jedoch im Gegensatz zur tatsächlichen Erfüllung keine Voraussetzung für eine Förderung durch den Bund.

Einschränkungen

Obwohl Mäuse bei weitem die am häufigsten verwendeten Tiere in der biomedizinischen Forschung sind, haben neuere Studien ihre Grenzen aufgezeigt. Zum Beispiel wurde die Nützlichkeit von Nagetieren beim Testen auf Sepsis , Verbrennungen , Entzündungen , Schlaganfall , ALS , Alzheimer-Krankheit , Diabetes , Krebs , Multiple Sklerose , Parkinson-Krankheit und andere Krankheiten von einer Reihe von Forschern in Frage gestellt. In Bezug auf Experimente an Mäusen haben sich einige Forscher beschwert, dass "Jahre und Milliarden von Dollar aufgrund falscher Hinweise verschwendet wurden", als Ergebnis der Beschäftigung mit der Verwendung dieser Tiere in Studien.

Mäuse unterscheiden sich von Menschen in mehreren Immuneigenschaften: Mäuse sind gegenüber einigen Toxinen resistenter als Menschen; hat eine geringere Gesamt neutrophilen Fraktion in dem Blut , eine unteren Neutrophilen enzymatische Fähigkeit, niedrigere Aktivität des Komplementsystems , und einen anderen Satz von Pentraxinen in dem beteiligten Entzündungsprozess ; und es fehlen Gene für wichtige Komponenten des Immunsystems, wie IL-8 , IL-37 , TLR10 , ICAM-3 usw. Labormäuse, die unter spezifisch-pathogen-freien (SPF) Bedingungen aufgezogen wurden, haben normalerweise ein ziemlich unreifes Immunsystem mit ein Defizit an Gedächtnis-T-Zellen . Diese Mäuse haben möglicherweise eine begrenzte Vielfalt der Mikrobiota , die sich direkt auf das Immunsystem und die Entwicklung pathologischer Zustände auswirkt. Darüber hinaus werden persistierende Virusinfektionen (zum Beispiel Herpesviren ) beim Menschen, nicht aber bei SPF- Mäusen mit septischen Komplikationen aktiviert und können die Resistenz gegen bakterielle Koinfektionen verändern . „Dirty“-Mäuse eignen sich möglicherweise besser, um menschliche Pathologien nachzuahmen. Darüber hinaus werden in der überwiegenden Mehrheit der Studien Inzucht-Mausstämme verwendet, während die menschliche Population heterogen ist, was auf die Bedeutung von Studien an Hybrid-, Auszucht- und nichtlinearen Mäusen zwischen den Stämmen hinweist .

Ein Artikel in The Scientist stellt fest: "Die Schwierigkeiten, die mit der Verwendung von Tiermodellen für menschliche Krankheiten verbunden sind, resultieren aus den metabolischen, anatomischen und zellulären Unterschieden zwischen Menschen und anderen Lebewesen, aber die Probleme gehen noch tiefer", einschließlich Problemen mit dem Design und der Ausführung der Prüfungen selbst. Darüber hinaus kann die Käfighaltung von Versuchstieren zu irrelevanten Modellen der menschlichen Gesundheit werden, da diesen Tieren die täglichen Variationen in Bezug auf Erfahrungen, Handlungsfähigkeit und Herausforderungen fehlen, die sie bewältigen können. Die verarmten Umgebungen in kleinen Mauskäfigen können schädliche Einflüsse auf biomedizinische Ergebnisse haben, insbesondere in Bezug auf Studien zur psychischen Gesundheit und von Systemen, die von gesunden psychischen Zuständen abhängen.

Forscher haben zum Beispiel herausgefunden, dass viele Mäuse in Labors aufgrund von übermäßiger Nahrung und minimaler Bewegung fettleibig sind, was ihre Physiologie und ihren Medikamentenstoffwechsel verändert. Viele Versuchstiere, darunter auch Mäuse, sind chronisch gestresst, was sich auch negativ auf die Forschungsergebnisse und die Fähigkeit, Ergebnisse genau auf den Menschen zu übertragen, auswirken kann. Forscher haben auch festgestellt, dass viele Studien mit Mäusen schlecht konzipiert sind, was zu fragwürdigen Ergebnissen führt.

Einige Studien deuten darauf hin, dass unzureichend veröffentlichte Daten in Tierversuchen zu nicht reproduzierbaren Forschungsergebnissen führen können, wobei fehlende Details darüber, wie Experimente durchgeführt werden, in veröffentlichten Artikeln weggelassen werden oder Unterschiede bei den Tests zu Verzerrungen führen können. Beispiele für versteckte Verzerrungen umfassen eine Studie der McGill University aus dem Jahr 2014, die darauf hindeutet, dass Mäuse, die von Männern und nicht von Frauen behandelt wurden, ein höheres Stressniveau zeigten. Eine weitere Studie im Jahr 2016 vorgeschlagen , dass gut microbiomes bei Mäusen einen Einfluss auf die wissenschaftliche Forschung haben können.

Marktgröße

Der weltweite Markt für genveränderte Mäuse soll bis 2022 auf 1,59 Milliarden US-Dollar anwachsen, was einer Wachstumsrate von 7,5 Prozent pro Jahr entspricht.

Siehe auch

Verweise

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Externe Links

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Genetik

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