ratón de laboratorio

La secuenciación del genoma del ratón de laboratorio se completó a finales de 2002 utilizando la cepa C57BL/6. Este fue el segundo genoma de mamífero en ser secuenciado después del humano. ^{[ 11 ]} El genoma haploide tiene aproximadamente tres mil millones de pares de bases (3000 Mb distribuidos en 19 cromosomas autosómicos más 1 y 2 cromosomas sexuales, respectivamente), por lo que es igual al tamaño del genoma humano. Estimar el número de genes contenidos en el genoma del ratón es difícil, en parte porque la definición de gen aún se debate y amplía. El recuento actual de genes codificantes primarios en el ratón de laboratorio es de 23 139. ^{[ 12 ]} en comparación con un estimado de 20 774 en humanos. ^{[ 12 ]}

Se han creado diversas cepas mutantes de ratones mediante varios métodos. Una pequeña selección de las muchas cepas disponibles incluye:

• Ratones resultantes de la cría y endogamia ordinarias :
  • Ratones diabéticos no obesos (NOD) , que desarrollan diabetes mellitus tipo 1 .
  • Ratones grandes de Murphy Roths (MRL), con capacidades regenerativas inusuales ^{[ 13 ]}
  • Los ratones japoneses que caminan en círculos debido a una mutación que afecta negativamente a sus oídos internos
  • Ratones desnudos inmunodeficientes , sin pelo ni timo : estos ratones no producen linfocitos T ; por lo tanto, no generan respuestas inmunitarias celulares. Se utilizan para la investigación en inmunología y trasplantes .
  • Ratones con inmunodeficiencia combinada grave (SCID), con un sistema inmunitario casi completamente defectuoso.
  • Los ratones FVB , cuyas camadas numerosas y los grandes pronúcleos de los ovocitos facilitan su uso en la investigación genética,
  • Ratones con leche tóxica , que no logran incorporar el cobre como nutriente a la leche, provocan la muerte de las crías. Esto se debe a unamutaciónautosómicarecesiva tx que surgió en una línea endogámica. Theophilos et al. (1996) descubrieron que esta mutación es genética y se localiza en el cromosoma 8, cerca delcentrómero. ^{[ 14 ]}
• Ratones transgénicos , con genes extraños insertados en su genoma:
  • Ratones anormalmente grandes, con un gen de la hormona del crecimiento de rata insertado.
  • Oncomice , con un oncogén activado , para aumentar significativamente la incidencia de cáncer.
  • Ratones Doogie , con una función mejorada del receptor NMDA , lo que resulta en una mejor memoria y aprendizaje.
• Ratones knockout , en los que se ha inactivado un gen específico mediante una técnica conocida como knockout genético : el objetivo es estudiar la función del producto del gen o simular una enfermedad humana.
  • Ratones obesos, propensos a la obesidad debido a una deficiencia de carboxipeptidasa E.
  • Ratones fuertes y musculosos, con un gen de miostatina desactivado , apodados "ratones poderosos".

Desde 1998, es posible clonar ratones a partir de células derivadas de animales adultos.

Existen muchas cepas de ratones utilizadas en la investigación; sin embargo, las cepas endogámicas suelen ser las preferidas en la mayoría de los campos. Los ratones endogámicos se definen como el producto de al menos 20 generaciones de apareamiento entre hermanos, y todos los individuos provienen de una sola pareja reproductora. ^{[ 15 ]}

Los ratones endogámicos poseen varias características que los hacen ideales para fines de investigación. Son isogénicos , lo que significa que todos los animales son prácticamente idénticos genéticamente. ^{[ 16 ]} Aproximadamente el 98,7 % de los loci genéticos en el genoma son homocigotos , por lo que probablemente no existan rasgos recesivos "ocultos" que puedan causar problemas. ^{[ 16 ]} Además, tienen fenotipos muy uniformes debido a esta estabilidad. ^{[ 16 ]}

Muchas cepas endogámicas poseen características bien documentadas que las hacen ideales para tipos específicos de investigación. La siguiente tabla muestra las 10 cepas más populares según Jackson Laboratories .

Proyecto DO de Jackson Labs

El proyecto Jackson Labs DO ( Diversity Outbred ) ^{[ 30 ]} es un programa de cría de ratones que utiliza múltiples cepas fundadoras endogámicas para crear una población genéticamente diversa de ratones para su uso en la investigación científica.

Estos ratones están diseñados para el mapeo genético fino y capturan una gran parte de la diversidad genética del genoma del ratón. ^{[ 31 ]}

Este proyecto ha dado como resultado más de 1000 ratones genéticamente diversos que se han utilizado para identificar factores genéticos de enfermedades como la obesidad, el cáncer, la diabetes y el trastorno por consumo de alcohol. ^{[ 32 ]}

Los ratones C57BL/6 tienen un pelaje marrón oscuro, casi negro. Son más sensibles al ruido y a los olores, y tienen mayor probabilidad de morder que las cepas de laboratorio más dóciles, como la BALB/c . ^{[ 38 ]}

Los ratones C57BL/6 (y otras cepas) alojados en grupo muestran un comportamiento de acicalamiento, que antes se consideraba un signo de dominancia. Sin embargo, ahora se sabe que se trata más bien de un comportamiento estereotipado desencadenado por el estrés, comparable a la tricotilomanía en humanos o al arrancamiento de plumas en loros. ^{[ 39 ]} Los ratones que han sido acicalados extensamente pueden tener grandes zonas calvas en el cuerpo, comúnmente alrededor de la cabeza, el hocico y los hombros, aunque el acicalamiento puede aparecer en cualquier parte del cuerpo. También puede ocurrir el autoacicalamiento. Se pueden eliminar tanto el pelo como las vibrisas . El acicalamiento se observa con mayor frecuencia en ratones hembra; los ratones macho son más propensos a mostrar dominancia mediante peleas. ^{[ 40 ]}

El C57BL/6 tiene varias características inusuales que lo hacen útil para algunos estudios de investigación pero inapropiado para otros: es inusualmente sensible al dolor y al frío, y los medicamentos analgésicos son menos efectivos en esta cepa. ^{[ 41 ]} A diferencia de la mayoría de las cepas de ratones de laboratorio, el C57BL/6 bebe bebidas alcohólicas voluntariamente. Es más susceptible que el promedio a la adicción a la morfina , la aterosclerosis y la pérdida auditiva relacionada con la edad . ^{[ 11 ]} Cuando se compara directamente con los ratones BALB/c, los ratones C57BL/6 también expresan una respuesta robusta a las recompensas sociales ^{[ 42 ] [ 43 ]} y empatía. ^{[ 44 ]}

BALB/c es una cepa albina criada en laboratorio de la cual se derivan varias subcepas comunes. Con más de 200 generaciones criadas desde 1920, los ratones BALB/c se distribuyen globalmente y se encuentran entre las cepas endogámicas más utilizadas en la experimentación animal . ^{[ 45 ]}

Los BALB/c se caracterizan por presentar altos niveles de ansiedad y por ser relativamente resistentes a la aterosclerosis inducida por la dieta , lo que los convierte en un modelo útil para la investigación cardiovascular. ^{[ 46 ] [ 47 ]}

Los ratones BALB/c machos son agresivos y pelearán con otros machos si se alojan juntos. Sin embargo, la subcepa BALB/Lac es mucho más dócil. ^{[ 48 ]} La mayoría de las subcepas de ratones BALB/c tienen una larga vida reproductiva. ^{[ 45 ]}

Se observan diferencias entre las distintas subcepas de BALB/c, aunque se cree que se deben a mutaciones más que a contaminación genética. ^{[ 49 ]} El BALB/cWt es inusual porque el 3% de la descendencia muestra hermafroditismo verdadero . ^{[ 50 ]}

Un modelo útil para la enfermedad de Alzheimer (EA) en el laboratorio es la cepa de ratones Tg2576. Las mutaciones dobles K670M y N671L observadas en la variante de empalme 695 humana de la proteína precursora amiloide (APP) se expresan en esta cepa (también conocida como mutación sueca ). Un promotor del gen de la proteína priónica del hámster , predominantemente en las neuronas, impulsa la expresión. En comparación con sus hermanos de camada no transgénicos, los ratones Tg2576 muestran un aumento de cinco veces en Aβ40 y un aumento de 10 a 15 veces en Aβ42/43. ^{[ 51 ] [ 52 ]} Estos ratones desarrollan placas seniles vinculadas a respuestas inflamatorias celulares porque sus cerebros tienen aproximadamente cinco veces más APP humana mutante transgénica que APP de ratón autóctona. Los ratones exhiben las principales características de la enfermedad de Alzheimer (EA), como una mayor generación de fibrillas amiloides con el envejecimiento, la formación de placas y el deterioro del aprendizaje y la memoria del hipocampo . Los ratones Tg2576 son un buen modelo para la enfermedad de Alzheimer en etapa temprana porque muestran amiloidogénesis y deterioro de la memoria de trabajo relacionados con la edad, pero no muestran degeneración neuronal. ^{[ 53 ]} La ausencia de muerte celular sugiere que los cambios en las cascadas de señalización celular típicas involucradas en el aprendizaje y la plasticidad sináptica probablemente estén relacionados con el fenotipo de memoria.

Las deficiencias en el aprendizaje asociativo se agravan al cruzar ratones Tg2576 con animales transgénicos PSEN1 portadores de la mutación A246E de la enfermedad de Alzheimer familiar (EAF) . Este cruce promueve la acumulación de amiloide y la formación de placas en el sistema nervioso central. Esto respalda la teoría de que la patogénesis de la EAF está influenciada por la interacción entre los productos de los genes APP y PSEN1.

Aunque los ratones Tg2576 no reproducen a la perfección la fase avanzada de la enfermedad de Alzheimer con muerte celular, sí ofrecen una plataforma para investigar la fisiología y la bioquímica de la enfermedad. Con la ayuda de modelos de ratones transgénicos, los investigadores pueden avanzar en la investigación del Alzheimer al comprender las intrincadas relaciones entre los productos génicos que participan en la producción del péptido Aβ, es decir, la fisiología y la bioquímica de la enfermedad. ^{[ 53 ]}

Tradicionalmente, los ratones de laboratorio se han sujetado por la base de la cola. Sin embargo, investigaciones recientes han demostrado que este tipo de manipulación aumenta la ansiedad y el comportamiento aversivo. ^{[ 54 ]} En su lugar, se recomienda manipular a los ratones utilizando un túnel o las manos ahuecadas. En las pruebas de comportamiento, los ratones manipulados por la cola muestran menos disposición a explorar e investigar los estímulos de prueba, a diferencia de los ratones manipulados mediante un túnel, que exploran con facilidad y muestran respuestas robustas a los estímulos de prueba. ^{[ 55 ]}

En la naturaleza, los ratones suelen ser herbívoros y consumen una amplia variedad de frutas o granos. ^{[ 56 ]} Sin embargo, en los estudios de laboratorio suele ser necesario evitar la variación biológica y, para lograrlo, los ratones de laboratorio casi siempre se alimentan únicamente con pienso comercial granulado para ratones. La ingesta de alimento es de aproximadamente 15 g (0,53 oz) por cada 100 g (3,5 oz) de peso corporal al día; la ingesta de agua es de aproximadamente 15 ml (0,53 onzas líquidas imperiales ; 0,51 onzas líquidas estadounidenses ) por cada 100 g de peso corporal al día. ^{[ 7 ]}           

Las vías de administración de inyecciones en ratones de laboratorio son principalmente subcutánea , intraperitoneal e intravenosa . No se recomienda la administración intramuscular debido a la escasa masa muscular. ^{[ 57 ]} También es posible la administración intracerebral . Cada vía tiene un sitio de inyección recomendado, un calibre aproximado de la aguja y un volumen máximo de inyección recomendado en una sola inyección en un solo sitio, como se indica en la tabla a continuación:

Para facilitar la inyección intravenosa en la cola, los ratones de laboratorio pueden calentarse cuidadosamente bajo lámparas de calor para vasodilatar los vasos. ^{[ 57 ]}

Un régimen común para la anestesia general en el ratón doméstico consiste en ketamina (en una dosis de 100  mg por kg de peso corporal) más xilacina (en una dosis de 5 a 10  mg por kg), inyectada por vía intraperitoneal. ^{[ 59 ]} Su efecto dura aproximadamente 30 minutos. ^{[ 59 ]}

Los procedimientos aprobados para la eutanasia de ratones de laboratorio incluyen gas CO₂ _{comprimido ,} anestésicos barbitúricos inyectables , anestésicos inhalables, como el halotano, y métodos físicos, como la dislocación cervical y la decapitación. ^{[ 60 ]} En 2013, la Asociación Americana de Medicina Veterinaria emitió nuevas directrices para la inducción _con CO₂ , indicando que un flujo de 10 % a 30 % de volumen/min es óptimo para la eutanasia de ratones de laboratorio. ^{[ 61 ]}

Una amplia gama de patógenos naturales pueden infectar a los ratones de laboratorio, a menudo sin causar una enfermedad manifiesta, pero aun así representan un riesgo de alteración en los resultados de laboratorio. Las pruebas y la cría selectiva han reducido considerablemente la incidencia. ^{[ 62 ]}

Una amplia gama de enfermedades infecciosas humanas pueden transmitirse a ratones de laboratorio, convirtiéndolos en animales modelo para la investigación de la enfermedad. Para enfermedades que no infectan naturalmente a los ratones, se pueden utilizar técnicas transgénicas para producir ratones humanizados que expresen los genes humanos necesarios para la infección (a menudo un receptor de superficie celular ). ^{[ 63 ]}

Un estudio reciente detectó un astrovirus murino en ratones de laboratorio mantenidos en más de la mitad de los institutos estadounidenses y japoneses investigados. El astrovirus murino se encontró en nueve cepas de ratones, incluidas NSG , NOD-SCID , NSG-3GS , C57BL6 - Timp-3 ^−/− , uPA-NOG , B6J , ICR, Bash2 y BALB/C , con diversos grados de prevalencia. Se desconocía la patogenicidad del astrovirus murino. ^{[ 64 ]} Estos astrovirus pertenecían al género Mamastrovirus , que contiene virus que infectan a mamíferos. El curso de la infección en ratones inmunocompetentes se asemeja al de la infección asintomática por astrovirus en humanos inmunocompetentes, lo que convierte a este sistema en un modelo de enfermedad útil. ^{[ 65 ]}

En el Reino Unido, al igual que con todos los demás vertebrados y algunos invertebrados, cualquier procedimiento científico que pueda causar "dolor, sufrimiento, angustia o daño permanente" está regulado por el Ministerio del Interior en virtud de la Ley de Animales (Procedimientos Científicos) de 1986. Las regulaciones del Reino Unido se consideran entre las más completas y rigurosas del mundo. ^{[ 66 ]} Cada año se publican datos detallados sobre el uso de ratones de laboratorio (y otras especies) en la investigación en el Reino Unido. ^{[ 67 ]} En el Reino Unido, en 2013, se realizaron un total de 3.077.115 procedimientos regulados en ratones en establecimientos de procedimientos científicos, autorizados en virtud de la Ley. ^{[ 68 ]}

En Estados Unidos, los ratones de laboratorio no están regulados por la Ley de Bienestar Animal administrada por el USDA APHIS . Sin embargo, la Ley del Servicio de Salud Pública (PHS), administrada por los Institutos Nacionales de Salud, sí establece un estándar para su cuidado y uso. El cumplimiento de la PHS es un requisito para que un proyecto de investigación reciba financiación federal. La política de la PHS es administrada por la Oficina de Bienestar de los Animales de Laboratorio. Muchos institutos de investigación académica buscan la acreditación de forma voluntaria, a menudo a través de la Asociación para la Evaluación y Acreditación del Cuidado de Animales de Laboratorio , que mantiene los estándares de cuidado establecidos en la Guía para el Cuidado y Uso de Animales de Laboratorio y la política de la PHS. Sin embargo, esta acreditación no es un requisito previo para la financiación federal, a diferencia del cumplimiento efectivo. ^{[ 69 ]}