小鼠在科学研究中的重要角色

作者: 巧兮

来源: 科学大院

发布日期: 2018-09-20

本文详细介绍了小鼠在科学研究中的重要角色,包括其作为模式生物的历史、不同类型的小鼠及其在科研中的应用,以及小鼠生理年龄的换算方法。文章还提到了小鼠在遗传学、肿瘤研究、药理和毒理研究等方面的广泛应用,以及其在生命科学研究中发挥的作用。

人类从未停止对生命的探索,而在这漫长的道路上,小鼠可以说是科学家们最爱用到的实验动物。繁殖能力强,饲养要求低,改造相对容易,都是广大科研人员爱它的理由。天天跟小鼠打交道的你,对于这些可爱的小耗子们又了解多少呢?今天就和大院er一起来看看这些与我们朝夕相处,为科研做出杰出贡献的小动物到底有什么故事吧。

好好的小鼠怎么就成了实验动物?早在公元前四世纪,亚里士多德就曾开展过动物实验,没错,就是那个享誉古今,爱老师更爱真理的先哲,为此,还曾著有《动物志》、《论动物部分》等相关研究,这时期开始,动物实验开始进入历史舞台。

生物学家通过对选定的生物物种进行科学研究,用于揭示某种具有普遍规律的生命现象,这种被选定的生物物种就是模式生物,常用的模式生物有:线虫、果蝇、斑马鱼、小鼠等。

回顾模式小鼠的祖先,不得不从100多年前讲起。1900年,一位退休的小学教师Abbie E.C. Lathrop,在她的家乡美国马萨诸塞州格兰比开了一家养殖场,本计划退休生涯成为养鸡专业户,但谁知正值一战前经济萧条阶段,养鸡亏本了,可她发现,当时特别流行饲养宠物鼠,于是她摇身一变改养宠物鼠了。

由于繁殖数量庞大,Abbie E.C. Lathrop对宠物鼠的繁殖和饲养条件有着完备的记录。正所谓酒香不怕巷子深,很快,哈佛大学Bussey研究所的研究人员开始购买她的小鼠,并成为了回头客。至此,Lathrop的小鼠们正式走向模式小鼠的历史舞台,以至于后来,Lathrop本人也开始参与科学研究,并发表了多篇论文。可见上帝为你关上一扇门,可能还为你留了一扇窗,养鸡不行,还可以去养老鼠。

当时Bussey研究所的所长正好便是遗传学大神William Ernest Castle。他在购买了Lathrop培养的小鼠后,对其展开了孟德尔定律和肿瘤方面的研究,并让他的学生Clarence Cook Little利用Lathrop的小鼠开展遗传学相关研究。

为避免不同遗传背景对实验结果造成的差异,Little利用连续全同胞兄妹交配的方式产生了史上第一批近交系小鼠——Dilute Brown non-Agouti(DBA)。一战结束后,Little来到冷泉港,创建了Jackson实验室,专门开展小鼠遗传学和人类疾病的研究,如今该研究机构保存了6500种以上的小鼠品系。

经过这么多年的演变,小鼠直到今天依然广泛用于科研实验中,有报道,模式小鼠在科研中的运用占据了模式动物的59%。归根结底,除了饲养简单,繁殖能力快,小鼠与人类的基因组及生理构造相似率高达99%这一点也使得它们立于不败之地,并且对小鼠的改造和培养相较于其他动物更加容易。目前,常用小鼠主要分为,近交系、封闭群和突变系。如何根据自己的实验需求选择适合自己的那一种鼠呢?

近交系即20代全同胞兄妹单线连续繁殖,最早被Little使用,得到了今天的近交系。顾名思义,就是近亲繁殖,在这种逆天的繁殖体系中,保证了遗传基因的均一和稳定。最为人熟知的近交系小鼠算是BALB/c和C57BL/6。l BALB/c,也就是我们通常说的小白鼠,白毛红眼,非常可爱,因为酪氨酸酶基因突变,使得黑色素无法合成,因此属于白化种。还记得当年课本中的讲到的单克隆抗体制备吗?

其中用到的骨髓瘤细胞基本都来源于它们。不幸的是,看起来很蠢萌、很阿呆的它们,已被报道极可能患了孤独症,因此今后又将作为人类行为学研究中的一员了。

BALB/c单克隆抗体的制备流程图(图片来源:百度)l C57BL/6,也就是我们通常说的B6。有多少同学因为它们黑毛黑眼、脾气火爆,而拒之千里。

它们的确比BALB/c更喜欢咬人,相信有很多同学都注意到,雌性B6会产生不规律的脱毛情况,这与疾病无关,仅仅是由于个别性格强势的个体喜欢薅别人毛发而已,甚至把人家胡子一起拽掉。因为它们在遗传方面的稳定性,并且易于繁殖,B6可以被用于基因改造,产生基因突变或细胞缺失小鼠。但是,由于它们对疼痛的敏感,因此镇痛剂对它们来说作用要弱很多,因此实验时要注意镇痛剂的注射剂量。

除此之外,它们可谓是个十足的酒鬼,想要研究酒精成瘾,选它们再合适不过了。

C57BL/6l DBA小鼠,这个淡黄色好似田鼠一般的小家伙,给人感觉脾气很不好,养过的同学可能觉得它们生性暴躁,其实只是因为它们对声音更加敏锐,强噪音甚至会吓破它们的胆。虽然现在C57BL/6和BALB/c的崛起导致DBA的使用减少,但是它们可算是模式小鼠的始祖了。DBA封闭群又叫远交群,雌雄个体可以随机交配。

我们必要提到的就是昆明小鼠和ICR小鼠了。l 昆明小鼠(KM):是从印度Haffkine研究所引进的瑞士小鼠种,在昆明繁殖,并在1954年推广到全国。这类小鼠抗病能力很强,是国内使用最广的远交系,广泛用于研究肿瘤免疫、微生物免疫等模型。

昆明小鼠l 还有一种繁殖力超强的小鼠,ICR,祖先也是瑞士小鼠,乍一看与BALB/c傻傻分不清楚,但其实它们体型更大,还特别能生,一胎能产13-15只小崽,且产子成活率高,因此广泛用于药理和毒理研究,或者有需要研究病原体导致的子代疾病都可以选择这类模型。ICR(画外音:子子孙孙,无穷尽也)突变系最后要提的到这类品系,很特别,是在前鼠的基础上进行基因改造而产生的。

1966年,在苏格兰发现了一种自发突变的BALB/c小鼠,天生无毛,发育不良,免疫力差,极易被感染,后命名为BALB/c-nu小鼠,也就是常说的裸鼠。

BALB/c-nu(画外音:我很丑,但是我很温柔)裸鼠的繁殖能力较差,在交配过程中,需要保种BALB/c的近交系,并且还要有一个群体是携带裸基因的种群。

因此在繁殖时,需要采用雄性nu/nu与雌性nu/+交配,以维持nu纯合基因,并用纯合nu群体与裸鼠相应近交系回交或互交,以维持其生产。裸鼠无胸腺,因此缺乏成熟的T细胞,并且B淋巴细胞功能缺陷。在混合淋巴细胞反应中,不产生细胞毒性效应细胞,对刀豆素A和植物凝集素P无裂原应答,无接触敏感性,也不会产生抑制排异现象,因此是非常好的肿瘤研究模型。

除了以上的几种经典模型外,现在也发展出了其他的小鼠模型,用于各种研究,例如SCID小鼠,可用于构建人源化小鼠模型。当然,还有其他许多小众的品系,比如下图这位,BALB/c-Hr hr-KITOX-BM15-Mu,它们可是专门用于研究脱发的模型,是不是让你觉得丑得可爱呢?

脱发模型BALB/c-Hr hr-KITOX-BM15-Mu小鼠生理年龄小科普(绘图:任丹丹)相信做小鼠实验的科研汪们都曾经遇到这样的问题,小鼠的年龄怎么算?那么今天教大家一个科学的换算方法。

小鼠出生14天内的变化不同于人类,小鼠短暂的一生只有24个月,对应到人类的全球平均寿命,大概是80岁。

我们便可以如此换算:(80×365)÷(2×365)=40 human days=1 mice day也就是,人类的一年相当于小鼠的9.125天。如此推测,就可以简单的得到小鼠所对应的人类年龄啦。结语小鼠可谓是模式生物中的长青树,迄今为止利用小鼠开展的研究工作已经获得了20多项诺贝尔生理学或医学奖。随着转基因、基因敲除等技术的应用,更多基因工程小鼠将在生命科学研究中发挥更大的作用。

参考文献:1. Sulagna Dutta , Pallav Sengupta, 2016, Life sciences2. Brodkin ES, 2007, Behav Brain Res. 3. Kalter H., 1979, Teratology图片来源(任丹丹绘图除外):1. https://openlibrary.orgworksOL/151628/WParts_of_animals2. https://www.newspapers.com/newspage/760253353. https://www.nceas.ucsb.edu~alroylefa/Castle./html4. https://www.findagrave.commemorial/6598959/clarence-cook-little5. https://www.jax.org/strain/0006646. https://www.jax.org/strain/0006717. http://dongwusuo.gyctcm.edu.cn/info/10131042.htm/8. http://www.invivos.com.sg/taconic-mice9. http://www.arc.wa.gov.aupage_id=134010. http://mus.brc.riken.jpenmouse_of_monthapr_2005_mm作者单位:中国科学院上海巴斯德研究所(文章首发于科学大院,转载请联系cas@cnic.cn)大院热门文章top榜点击文章标题,可直接阅读哦~1. 我为“科”狂| 科学大院征文启事2. 借“刀”杀癌 疟原虫立功了!

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