Försöksdjur

Sammanfattning

Genetiskt modifierade försöksdjur används inom forskning för att studera geners funktion, förstå sjukdomars uppkomst och utveckla nya läkemedel. Möss är det vanligaste försöksdjuret, men även råttor, zebrafiskar, bananflugor och andra djur används. Kunskapen från genetiskt modifierade försöksdjur har bidragit till viktiga framsteg inom medicin, bland annat inom cancerforskning, neurovetenskap och utvecklingen av nya läkemedel.

Musen var det första genetiskt modifierade djuret

År 1974 skapade forskarna Rudolf Jaenisch och Beatrice Mintz de första genetiskt modifierade mössen när de förde in DNA från virus i tidiga musembryon. Detta var första gången man visade att främmande DNA kunde integreras i ett däggdjurs genom.

Det dröjde ytterligare några år, till början av 1980-talet, innan forskare lyckades modifiera möss så att deras avkomma ärvde modifieringen. Det blev startskottet för utvecklingen av olika avelslinjer där alla individer bär samma genetiska modifiering. Att modifieringen ärvs är avgörande för att man inte ska behöva upprepa den krångliga modifieringen varje ny generation.

Råttor och möss för att studera sjukdomar

Både genetiskt modifierade möss och råttor används ofta som modeller för att studera sjukdomar som drabbar människor. Genom att till exempel tillföra en mus mänsklig gen, eller en specifik mutation, som är kopplad till en sjukdom, kan både genen (eller mutationen) och sjukdomen studeras i ett biologiskt system (in vivo).

När nya behandlingar och läkemedel utvecklas ska de först prövas i försöksdjur, oftast möss eller råttor. Om djuren har modifierats genetiskt så att de utvecklar samma sjukdom som behandlingen är avsedd för, kan forskarna undersöka både behandlingens säkerhet och hur effektiv den är.

Genom sådana djurmodeller går det att studera sjukdomsförlopp och utvärdera nya terapier innan de prövas på människor. Det finns många avelslinjer av möss och råttor som modifierats att ha sjukdomar som till exempel olika former av cancer, diabetes och Alzheimers sjukdom.

Möss är det vanligaste försöksdjuret

Möss har använts inom medicinsk forskning under lång tid. Det innebär att det finns omfattande kunskap om deras fysiologi och beteende. Forskare känner också till vilka värden som är normala hos möss, vilket gör det lättare att tolka resultaten från försök. Möss delar också många gener och biologiska funktioner med människor.

Det finns även praktiska fördelar med att använda möss inom forskning. De är relativt billiga att hålla, enkla att sköta om och de förökar sig snabbt. Möss är heller inte så känsliga för infektioner. Dessutom är de små. När läkemedel testas behövs också mycket mindre volymer av läkemedlet än om de skulle testas på ett större däggdjur.

Knock-out och knock-in är viktiga verktyg för att studera gener

Den vanligaste modifieringen hos möss är att en gen tystas eller ”slås ut”, vilket även på svenska benämns som knock-out. Med en knock-out kan forskare till exempel studera enskilda geners funktion – vad händer i kroppen när inte en viss gen fungerar?

Vissa gener är dock nödvändiga för att embryot ska kunna utvecklas och överleva. För sådana gener är en fullständig knock-out inte möjlig. Ett alternativ är då att tysta genen i enskilda organ eller vävnader. Det kallas för en conditional knock-out. Tack vare dessa tekniker har forskare kunnat kartlägga många geners funktion för både hälsa och sjukdom.

Det finns också så kallade knock-in-modeller, där en ny gen förs in i genomet. En annan typ av genetisk modifiering är att öka uttrycket av en av musens egna gener, vilket leder till att det protein som genen kodar för produceras i större mängder än normalt. På så sätt kan forskare studera vilka effekter ett förhöjt genuttryck har på organismen.

Så här modifieras möss genetiskt:

Två huvudsakliga metoder används när en ny avelslinje med genetiskt modifierade möss tas fram: pronukleär mikroinjektion och modifiering av stamceller.

Pronukleär mikroinjektion

Den här metoden har funnits längst och heter pronukleär mikroinjektion. Metoden går ut på att nytt DNA, till exempel en gen, injiceras in i cellkärnan på en nyligen befruktad äggcell, en så kallad zygot. Det görs in vitro, alltså utanför kroppen.

Det befruktade ägget sätts sedan in i livmodern hos en mushona där det utvecklas till ett embryo och vidare till en musunge. Metoden är svår och det är lätt att cellkärnan går sönder och ofta krävs många äggceller för att få till en transgen mus.

Modifiera embryonala stamceller

Det andra sättet är att modifiera embryonala stamceller in vitro, och föra in dessa i ett några dagar gammalt musembryo. I den fasen kallas embryot för en blastocyst och består av ett vätskefyllt hålrum dit de modifierade stamcellerna injiceras. Eftersom de är stamceller kan de utvecklas till vilka specialiserade celler som helst.

När embryot växer och utvecklas till en musunge kommer den att bestå av både modifierade och icke-modifierade celler. Det kallas för chimära möss. Några av de modifierade cellerna kan vidareutvecklas till könsceller och modifieringen förs då vidare till nästa generation. Via korsningsscheman kan man få fram möss efter några generationer som bara består av genetiskt modifierade celler.

Tre exempel på möss som sjukdomsmodeller

Möss med mutationer som ger Alzheimers

Personer med Alzheimers sjukdom har förhöjda nivåer i hjärnan av ett protein som heter amyloid-beta. Dessa proteiner klumpar ihop sig vid nervtrådarna och bildar ett så kallat plack som gör att kontakten mellan nervceller blockeras. De symtom som är typiska för sjukdomen, inklusive försämrat minne, sämre tidsuppfattning, svårigheter att prata och känna igen det man ser, tros komma från att plack hindrar impulser från att nå hjärnan.

Hos ungefär tio procent av personer som utvecklar Alzheimers tidigt i livet finns mutationer i genen APP som kodar för amyloid-beta. En musmodell som heter Tg2576 är genetiskt modifierad att efterlikna en patient med Alzheimers. Modifikationen är att de också har en mutation i APP som gör att de likt Alzheimer-patienter tillverkar förhöjda nivåer av amyloid-beta. Alzheimers beror även på andra orsaker än mutationer i APP, men bildningen av plack är en viktig aspekt av sjukdomen som kan studeras med hjälp av Tg2576.

Studera virusutbrott med humaniserade möss

Möss och människor delar stora delar av uppsättningen av gener. Det betyder inte att DNA-sekvenserna eller proteinerna som generna kodar för är exakt samma.

När ett virus infekterar och tar sig in i en cell så görs det via någon av cellens alla yt-receptorer. Viruset är ofta specifikt och behöver en viss receptor, så som den ser ut hos en viss art. Ett virus som infekterar människor brukar därför inte kunna infektera möss.

Infektionssjukdomar kan ändå studeras med möss som modell om den mänskliga gen som kodar för ”rätt” yt-receptor förs in i musens genom. Efter utbrottet 2013 av SARS-Cov (som orsakar SARS) så fastställdes det att viruset infekterade celler via en yt-receptor som heter ACE2. Flera musmodeller utvecklades som hade den mänskliga genen av ACE2 för att studera just det viruset och hur det sprider sig.

SARS-Cov och SARS-Cov-2 som orsakar covid-19 är båda är coronavirus. De modeller som utvecklats under SARS-utbrottet kom därför till nytta i ett tidigt skede av covid-19-pandemin.

Möss utan genen NOD2 används för att studera inflammation

NOD2 är ett protein som har en viktig roll för immunförsvaret. Om en bakterie som inte hör hemma i kroppen ändå tagit sig in, känner NOD2 av det och aktiverar immunförsvaret så att hotet kan elimineras.

NOD2 har också en dämpande effekt på immunförsvaret, en funktion som är nog så viktig för att inte okontrollerad och kronisk inflammation ska uppstå. Framför allt verkar NOD2 ha en stabiliserande effekt på balansen i magen mellan vår gynnsamma bakterieflora och bakterier som orsakar sjukdomar.

Det finns särskilda avelslinjer med genetiskt modifierade möss som antingen helt saknar genen som kodar för NOD2, har lägre nivåer av NOD2, eller bara saknar NOD2 i något enskilt organ. Med dessa modeller har forskare ökat vår kunskap om hur mutationer i NOD2 kan leda till inflammatoriska sjukdomar. Forskning har till exempel visat att utan NOD2 ökar risken att utveckla inflammation och cancer i tarmen.

Andra genetiskt modifierade försöksdjur

Andra arter än möss genetiskt modifieras och används inom forskning till exempel bananflugor och zebrafiskar.

Bananfluga (Drosophila melanogaster) är en av de mest studerade arterna när det kommer till just genetik, och används ofta inom grundforskning. Bananflugor har använts länge och mycket inom genetisk forskning och har bidragit till mycket av den grundläggande genetik vi känner till idag. Flugorna är också billiga och enkla att sköta om och har en kort generationstid. Varje hona ger dessutom många ungar, vilket gör det möjligt att snabbt öka dem i antal och få en hel population att studera.

Zebrafisk (Danio rerio) är också ett vanligt försöksdjur inom utvecklingsbiologi. En anledning är att deras embryon är transparenta vilket gör dem idealiska att studera under den tidiga utvecklingen. Det kan också vara en fördel för en forskare som till exempel vill testa ett nytt läkemedel för en sjukdom som drabbar hjärnan. Den aktiva molekylen i läkemedlet kan färgas och följas i zebrafisken för att se om den tas upp av hjärnan eller någon annan vävnad.

Reglerad användning

Enligt Djurskyddslagen (2018:1192) i Sverige krävs ett etiskt tillstånd för att använda försöksdjur inklusive de som är genetiskt modifierade. Tillstånd utfärdas av speciella kommittéer. Det finns sex regionala djurförsöksetiska nämnder i Sverige där varje nämnd består av 14 ledamöter där ordföranden och vice ordföranden är jurister. Resten av kommittén består av forskare, försöksdjurspersonal och lekmän som bland annat representeras av personer från djurskyddsorganisationer.

Att hålla genetisk modifierade djur i till exempel ett laboratorium regleras av miljöbalken, den svenska förordningen (2000:271) för innesluten användning av växter och djur, samt föreskrifter. Det finns ingen EU-gemensam lagstiftning för detta. Jordbruksverket är behörig myndighet för genetiskt modifierade landlevande djur. För fiskar och andra vattenlevande organismer är Havs- och vattenmyndigheten behörig myndighet.

En anläggning där det finns genetiskt modifierade djur måste vara godkänd och ett tillstånd gäller i fem år. Vilka arter det rör sig om och hur de modifierats ska anmälas till den behöriga myndigheten. Det ska finnas tydliga instruktioner för de som arbetar i lokalerna.

Referenser

• Jaenisch R. et al.,(1974) Simian virus 40 DNA sequences in DNA of healthy adult mice derived from preimplantation blastocysts injected with viral DNA. PNAS. Apr;71(4):1250–1255. (Vetenskaplig artikel på cell.com)
• Gordon, J.W. et al., (1980) Genetic transformation of mouse embryos by microinjection of purified DNA. PNAS. Dec;77(12):7380-7384. (Vetenskaplig artikel på pnas.com)

• Brinster, R.L. et al., (1981) Somatic expression of herpes thymidine kinase in mice following injection of a fusion gene into eggs. Cell. 27(1);223-231. (Vetenskaplig artikel på cell.com)
• Costantini, F. et al., (1981) Introduction of a rabbit β-globin gene into the mouse germ line. Nature 294;92-94. (Vetenskaplig artikel på nature.com)
• Wagner, E.F. et al., (1981) The human β-globin gene and a functional viral thymidine kinase gene in developing mice. PNAS. Aug;78(8):5016-5020. (Vetenskaplig artikel på pnas.com)

• Thomas KR et el., (1987) Site-directed mutagenesis by gene targeting in mouse embryo-derived stem cells. Cell 51(3):503-512. (Vetenskaplig artikel på cell.com)

• Negroni, A. et al., (2018) NOD2 and Inflammation: Current Insights. Journal of Inflammatory Research Feb 12:11:49-60. (Vetenskaplig artikel på doverpress.com)