Rato de laboratorio

O rato de laboratorio é un pequeno roedor que se cría e usa fundamentalmente para a investigación científica, que xeralmente pertence á especie Mus musculus (rato doméstico). Son os animais mamíferos máis utilizados en investigación como organismo modelo en campos como a xenética, fisioloxía, psicoloxía, medicina e outras disciplinas científicas. Non sempre son brancos; depende da cepa. Os ratos pertencen ao clado dos animais Euarchontoglires, nos que se inclúe tamén o ser humano. Esta relativamente estreita relación, asociada cunha alta homoloxía cos humanos, xunto coa súa facilidade de mantemento e manipulación e a súa alta taxa de reprodución, fai que os ratos sexan modelos especialmente axeitados para investigacións orientadas ao ser humano. O xenoma do rato de laboratorio foi secuenciado e moitos xenes do rato teñen homólogos no xenoma humano. O rato de laboratorio véndese tamén nas tendas de animais como alimento vivo para as serpes mantidas en catividade e pode tamén terse como animal de compañía.
Outras especies de rato ás veces tamén se usan como rato de laboratorio, entre as que están as especies americanas Peromyscus leucopus e Peromyscus maniculatus. Historia como modelo biolóxico
Os ratos foron utilizados na investigación biomédica desde o século XVII cando William Harvey os utilizou nos seus estudos sobre a reprodución e a circulación do sangue e Robert Hooke para investigar as consecuencias biolóxicas dun incremento da presión do aire. Durante o século XVIII Joseph Priestley e Antoine Lavoisier utilizaron ratos para estudar a respiración. No século XIX Gregor Mendel levou a cabo as súas primeiras investigacións sobre herdanza da cor da pelame do rato, pero os seus superiores no mosteiro pedironlle que deixase de criar na súa cela esas "cheirentas criaturas que, ademais, copulaban e tiñan relacións sexuais". Despois cambiou as súas investigacións aos chícharos. En 1902 Lucien Cuénot publicou os resultados dos seus experimentos usando ratos que mostraban que as leis de Mendel da herdanza eran tamén válidas en animais, e os resultados foron axiña confirmados e ampliados a outras especies.
Na parte inicial do século XX, o estudante de grao de Harvard Clarence Cook Little estaba realizando estudos sobre a xenética do rato no laboratorio de William Ernest Castle. Little e Castle colaboraron estreitamente con Abbie Lathrop, que era un criador de ratos e ratas de capricho que vendía aos afeccionados aos roedores e aos amantes dos animais de compañía exóticos, e posteriormente empezou a vender grandes cantidades aos investigadores científicos. Xuntos xeraron a cepa de rato endogámico DBA (Dilute Brown and non-Agouti, Marón Diluído e non Aguti) e iniciaron a xeración sistemática de cepas endogámicas. O rato desde entón utilizouse amplamente como organismo modelo e está asociado con moitos descubrimentos importantes en bioloxía dos séculos XX e XXI.
O Jackson Laboratory de Bar Harbor, Maine é actualmente un dos fornecedores máis grandes do mundo de ratos de laboratorio, proveendo uns 3 millóns de ratos ao ano. O laboratorio é tamén a fonte para todo o mundo de máis de 8000 cepas de ratos definidos xeneticamente e é tamén a sede da base de datos Mouse Genome Informatics. Reprodución
Comezan a reproducirse aos 50 días de vida tanto as femias coma os machos, aínda que as femias poden ter o seu primeiro estro aos 25–40 días. Os ratos son animais poliestros e crían durante todo o ano; a ovuolación é espontánea. A duración do ciclo estral é de 4–5 días, dura unhas 12 horas, e ocorre pola tarde. Os frotis vaxinais son útiles para reproducións sincronizadas para determinar o estadio do ciclo estral. O apareamento pode confirmarse pola presenza dun tapón copulatorio na vaxina ata 24 horas despois da copulación. A presenza de esperma nun frotis vaxinal é tamén un indicador fiable de apareamento.
O período medio de xestación é de 20 días. Un estro posparto fértil dáse 14–24 horas despois do parto, e a lactación e xestación simultáneas prolongan a xestación de 3 a 10 días debido ao retardo da implantación. A camada de crías media é de 10–12 fillos durante a produción óptima, pero depende moito da cepa. Como regra xeral, os ratos endogámicos tenden a ter xestacións máis longas e camadas menores que os non endogámicos e híbridos. As crías pesan 0, 5-1, 5 g ao nacer, non teñen pelame e nacen cos ollos e oídos pechados. As crías son desleitadas ás 3 semanas de idade, cando o seu peso é de 10-12 g. Se a femia non se aparea durante o estro posparto, volve a iniciar os ciclos 2–5 días despois de desleitar.
Os machos acabados de nacer distínguense das femias recentemente nadas por teren os machos unha maior distancia anoxenital e maiores papilas xenitais. A comprobación disto realízase mellor levantándolle os rabos dos irmáns de camada e comparando os perineos. Xenética e cepas
Os ratos son mamíferos do clado (grupo que consiste nun antecesor e todos os seus descendentes) Euarchontoglires, o que significa que está entre os parentes máis próximos non-primates dos humanos, xunto cos lagomorfos, tupaidos, e dermópteros. Os ratos de laboratorio son da mesma especie que o rato doméstico; porén, adoitan ser diferentes en comportamento e fisioloxía. Hai centos de cepas endogámicas ou consanguíneas, (inbreed ou endocría), non endogámicas ou non consanguíneas (outbreed ou exocría) e transxénicas. Unha cepa, en referencia a roedores, é un grupo no cal todos os membros son tan xeneticamente idénticos como sexa posible. Nos ratos de laboratorio, isto realízase por apareamento endogámico. Ao dispoñermos deste tipo de poboación, é posible realizar experimentos sobre a función dos xenes, ou experimentos que exclúan como factor a variación xenética. En contraste, as poboacións non endogámicas utilízanse cando non son necesarios xenotipos idénticos ou cómpre ter unha poboación con variacións xenéticas, e xeralmente denomínanse stocks en vez de cepas. Desenvolvéronse centos de cepas endogámicas estandarizadas.
A maioría dos ratos de laboratorio son híbridos de diferentes subespecies, xeralmente de Mus musculus domesticus e Mus musculus musculus. Os ratos de laboratorio poden ter unha variedade de cores de pelame, incluíndo o aguti, o negro e o albino. Moitas (pero non todas) as cepas de laboratorio son de endocría (consanguíneas). As diferentes cepas identifícanse con combinacións específicas de letras e números; por exemplo C57BL/6 e BALB/c. A primeira desas cepas consanguíneas obtívoa en 1909 Clarence Cook Little, que tivo grande influencia en promover o rato como organismo de laboratorio. Por exemplo, en 2011 estímase que un 83 % dos roedores de laboratorio subministrados nos Estados Unidos eran ratos de laboratorio C57BL/6.
Xenoma
A secuenciación do xenoma do rato de laboratorio completouse a finais de 2002 usando a cepa C57BL/6. Este foi o segundo xenoma de mamíferos secuenciado despois do humano. O xenoma haploide é duns tres mil millóns de pares de bases (3000 Mb distribuídos en 19 cromosomas autosómicos e mais 1 ou 2 cromosomas sexuais), polo tanto, de tamaño similar ao xenoma humano. Estimar o número de xenes que contén o xenoma do rato é difícil, en parte porque a definición de xene aínda se está a discutir e a ampliar. A contaxe actual de xenes codificantes primarios no rato de laboratorio é de 23. 139. comparados cos 20. 774 estimados en humanos.
Cepas mutantes e transxénicas
Varias cepas mutantes de rato foron creadas por diversos métodos. ´Velaquí unha pequena selección das moitas cepas dispoñibles: Ratos resultantes de cría normal e de cría consanguínea:
Rato non-obeso diabético (NOD), que desenvolve a diabetes mellitus tipo 1.
Rato Murphy Roths large (MRL), con capacidades rexenerativas pouco comúns.
Rato valseador xaponés, que camiña nun padrón circular (parece que baila un valse) debido a unha mutación que afecta adversamente ao seu oído interno.
Rato espido inmunodeficiente, carente de pelame e de timo: estes ratos non producen linfocitos T; polo tanto, non crean respostas inmunitarias celulares. Utilízanse para a investigación en inmunoloxía e transplante.
Rato con inmunodeficiencia combinada grave (SCID), cun sistema inmunitario case completamente defectivo.
Rato FVB, cuxas grandes camadas de fillos e grandes pronúcleos de ovocitos facilitan o seu uso en investigación xenética.
Rato de leite tóxico, que non pode recrutar o cobre dos nutrientes para o leite causando a morte das crías. É causado por unha mutación autosómica recesiva tx que se orixinou nun cruzamento endogámico. Theophilos et al. 1996 atoparon que estaba localizada no cromosoma 8 do rato, preto do centrómero.
Rato transxénico, con xene alleos inseridos no seu xenoma:
Ratos anormalmente grandes, aos que se lle inseriu un xene da hormona de crecemento de rata.
Oncoratos, cun oncoxene activado que incrementa significativamente a incidencia de cancro.
Ratos Doogie, coa función do receptor de NMDA potenciada, que ten como resultado unha mellora da memoria e a aprendizaxe.
Ratos knockout, nos que se fixo que un xene específico fose inoperativo por unha técnica coñecida como knockout de xenes: o proposito é estudar a función do produto do xene ou simular unha doenza humana.
Rato obeso, con tendencia á obesidade debido á deficiencia dunha carboxipeptidase E.
Ratos muscularmente fortes, cun xene da miostatina desactivado, coñecido como "rato poderoso" ("mighty mice").
Desde 1998, foi posible clonar ratos de células dierivadas de animais adultos.
Cepas consanguíneas comunmente usadas
Hai moitas cepas de ratos usadas en investigación; porén, as cepas consanguineas ou endogamicas adoitan ser os animais de elección na maioría dos campos de investigación. Os ratos consanguineos ou de endocría (inbred) defínense como o produto das últimas 20 xeracións de apareamentos entre irmáns e irmás, con todos os individuos derivados do apareamento dunha soa parella. Os ratos endogámicos teñen varios caracteres que os fan ideais para os propósitos das investigacións. Son isoxénicos, o que significa que todos os animais son case idénticos xeneticamente. Aproximadamente o 98, 7 % dos loci xenéticos no xenoma son homocigotos, así que probablemente non hai caracteres recesivos "ocultos" que poidan causar problemas. Tamén teñen fenotipos moi unificados debido á súa estabilidade.
Moitas cepas consanguíneas teñen cepas ben documentadas que as fan ideais para tipos concretos de investigacións. A seguinte táboa mostra as 10 cepas máis populares de acordo cos Laboratorios Jackson.
Proxecto DO de Jackson Labs
O proxecto DO (Diversity Outbred) de Jackson Labs é un programa de cría de ratos usando múltiples cepas fundadoras consanguíneas para crear unha poboación xeneticamente diversa de ratos para o seu uso en investigación científica. Estes ratos son deseñados para facer un mapado xenético detallado e capturar unha gran porción da diversidade xenética do xenoma do rato.
Este proxecto resultou na creación duns 1000 ratos xeneticamente diversos que foron usados para identificar factores de enfermidades como a obesidade, cancro, diabetes e trastorno polo consumo de alcohol. Aparencia e comportamento
O rato de laboratorio retivo moitas das características físicas e de comportamento do rato doméstico; con todo, debido ás moitas xeracións de selección artificial, algunhas destas características varían agora marcadamente. Debido ao grande número de cepas de ratos de laboratorio, non é práctico describir de forma completa a aparencia e o comportamento de todas elas, e a continuación descríbense só tres cepas das máis comunmente utilizadas.
C57BL/6
O rato C57BL/6 ten un pelame marrón escuro case negro. Son ratos máis sensibles ao ruído e cheiros e é máis probable que mordan que as cepas máis dóciles como a BALB/c.
Os ratos C57BL/6 (e outras cepas) que viven en grupo mostran un comportamento de "barbeiro", no cal un dos ratos que viven nunha gaiola arríncalles selectivamente pelos aos demais. Os ratos que foron amplamente rapados desa maneira poden ter grandes calvas no pelame, xeralmente arredor da cabeza, fociño e ombreiros, aínda que este rapado pode aparecer en calquera parte do corpo. As vibrisas tamén poden ser arrincadas.
A cepa C57BL/6 ten varias caracterísiticas pouco comúns que o fan útil para algúns estudos de investigación e inapropiado para outros: é moito máis sensible do normal á dor e ao frío, e as medicacións analxéseicas son menos efectivas nesta cepa. A diferenza da maioría das cepas de ratos de laboratorio, a C57BL/6 bebe bebidas alcohólicas voluntariamente. É máis susceptible que a media á adicción á morfina, á aterosclerose e á perda de audición relacionada coa idade. Cando se compara directamente co rato BALB/c, o rato C57BL/6 tamén expresa unha forte resposta ás recompensas sociais e á empatía.
BALB/c
O rato da cepa BALB/c é unha cepa albina criada no laboratorio da cal derivaron varias subcepas comúns. Cunhas 200 xeracións criadas desde 1920, o rato BALB/c está distribuído globalmente e está entre as cepas consanguíneas máis amplamente usadas en experimentación animal.
Os BALB/c mostran altos niveis de ansiedade e son relativamente resistentes á aterosclerose inducida pola dieta, converténdoos nun modelo útil para a investigación cardiovascular.
Os machos do rato BALB/c son agresivos e loitan con outros machos se viven xuntos. Porén, a subcepa BALB/Lac é moito máis dócil. A maioría dos ratos BALB/c teñen unha longa vida reprodutiva.
Hai diferenzas entre as subcepas BALB/c, aínda que se pensa que se deben á mutación en vez de á contaminación xenética. A subcepa BALB/cWt é peculiar porque o 3 % da proxenie presenta hermafroditismo verdadeiro.
Tg2576
Un modelo útil para a enfermidade de Alzheimer no laboratorio é a cepa Tg2576 do rato. Nesta cepa expresa as mutacións dobres K670M e N671L observadas na variante de empalme 695 humana da proteína precursora amiloide (APP). A súa expresión está impulsada por un promotor do xene da proteína prión de hámster, predominantemente en neuronas. Cando se compara con compañeiros de camada non transxénicos, o rato Tg2576 mostra un aumento ao quíntuplo na Aβ40, mentres que a Aβ42/43 multiplícase por de 10 a 15. Estes ratos desenvolven placas senís ligadas a respostas inflamatorias celulares porque os seus cerebros teñen aproximadamente cinco veces máis cantidade de proteína precursora amiloide que o rato indíxena. O rato exhibe as principais características da enfermidade de Alzheimer, como o incremento da xeración de fibrilas amiloides coa idade, formación de placas e alteración da aprendizaxe e memoria no hipocampo. Os ratos Tg2576 son un bo modelo para a enfermidade de Alzheimer en estadio inicial, xa que mostran amiloidoxénese e alteración da memoria de funcionamento ligadas á idade pero non mostran dexeneración neuronal. A ausencia de morte celular suxire que os cambios nos cadoiros de sinalizacion celulares implicados na aprendizaxe e plasticidade sináptica están probablemente ligados ao fenotipo da memoria. As alteracións da aprendizae asociativa están exacerbadas cando os ratos Tg2576 se cruzan coa animais transxénicos PS1 que posúen a mutación FAD A246E. Estes cruzamentos promoven a acumulación de amiloide e o desenvolvemento de placas no sistema nervioso central. Isto deulle credibilidade á teoría de que a patoxénese da enfermidade de Alzheimer está influenciada pola interacción entre a proteína precursora amiloide e os produtos do xene PS-1. Aínda que o rato Tg2576 non replica perfectamente a morte celular da enfermidade de Alzheimer en estadio final, ofrece unha plataforma para a investigación da fisioloxía e bioquímica desta doenza. Coa axuda de modelos de rato transxénicos, os investigadores poden facer progresos na investigación do alzhéimer ao comprenderen as intricadas relacións entre produtos xénicos que están implicados na produción do péptido Aβ e a fisioloxía e bioquímica da enfermidade. Cría de animais
Manexo
Tradicionalmente, os ratos de laboratorio agarrábanse para manipulalos pola base do rabo. Porén, investigacións recentes mostraron que este tipo de manipulación incrementa a ansiedade e o comportamento aversivo. Recoméndase agora manexalos poñendo as mans formando un túnel ou un oco ou copa. Nos test de comportamento, os ratos agarrados polo rabo mostran peor disposición a seren explorados e para investigar estímulos en tests, e, ao contrario, cando se collían coas mans en túnel podían explorarse doadamente e mostraban unha resposta robusta nos tests de estímulos.
Nutrición
Na natureza, os ratos son xeralmente herbívoros, comendo unha ampla variedade de froitas ou grans. Porén, en estudos de laboratorio é xeralmente necesario evitar a variación biolóxica e para conseguir isto os ratos de laboratorio son case sempre alimentados só con comida para ratos en pellets comercial. O consumo de comida é de aproximadamente 15 g por cada 100 g de peso corporal do animal por día; o consumo de auga é de aproximadamente 15 mL por 100 g de peso corporal e día.
Procedementos de inxección
As rutas de administración de inxeccións en ratos de laboratorio son principalmente a subcutánea, intraperitoneal e intravenosa. A administración intramuscular non se recomenda debido á súa pequena masa muscular. A administración intracerebral é tamén posible. Cada ruta ten un sitio de inxección recomendado, un calibre (diámetro) de agulla aproximado e un volume de inxección máximo recomendado para cada vez que se administre nun sitio, tal como se indica na seguinte táboa: Para facilitar a inxección intravenosa no rabo, os ratos de laboratorio poden ser quentados con coidado baixo lámpadas térmicas para vasodilatar os vasos sanguíneos.
Anestesia
Un réxime común para a anestesia xeral para o rato doméstico é a administración de ketamina (nunha dose de 100 mg por kg de peso corporal) e xilazina (nunha dose de 5–10 mg por kg), inxectada por vía intraperitoneal. O efecto ten unha duración duns 30 minutos.
Eutanasia
Os procedementos aprobados para a eutanasia do rato de laboratorio consisten no uso de gas CO2 comprimido, anestésicos barbitúricos inxectables, anestésicos inhalables, como o Halothane, e métodos físicos, como a dislocación cervical e a decapitación. Susceptibilidade a patóxenos
Un estudo recente detectou un astrovirus murino nos ratos de laboratorio de máis da metade dos institutos dos Estados Unidos e o Xapón investigados. O astrovirus murino atopouse en nove cepas do rato, incluíndo as NSG, NOD-SCID, NSG-3GS, C57BL6-Timp-3−/−, uPA-NOG, B6J, ICR, Bash2 e BALB/C, con varios graos de prevalencia. A patoxenicidade do astrovirus murino non se coñece. Lexislación sobre o seu uso en investigción
En diversos países hai lexislacións que regulan o uso dos ratos de laboratorio en investigación, para respectar o benestar animal. Por exemplo, en Reino Unido os procedementos científicos que probablemente causan "dor. sufrimento, angustia ou danos duradeiros" están regulados pola Home Office sgundo a Lei Animal (Procedementos científicos) de 1986 e considéranse unhas das regulacións do mundo máis completas e rigorosas. Por exemplo, en 2013 no Reino Unido realizáronse 3. 077. 115 procedementos regulados de uso de ratos para a investigación científica.
Noutros países, a lexislación non é tan estrita. Por exemplo, nos Estados Unidos o seu uso non está regulado pola lei de benestar animal, pero a Lei de Servizos de Saúde Pública (PHS) ofrece un estándar para o seu coidado e uso e os proxectos científicos deben cumprir eses estándares para poderen recibir fuinanciamento público. En España a Lei de Protección Animal regula os procedementos de experimentación que poidan causar aos animais dor, sufrimento, angustia ou danos duradeiros. Permite o uso en experimentación do rato de laboratorio (algúns animais como cans, gatos ou animais silvestres non están permitidos) sempre que non haxa outros procedmentos alternativos equivalentes, e a lei regula as condicións en que deben estar durante o seu mantemento nos centros e transporte.
A Unión Europea ten a Directiva 2010/63/UE sobre a protección dos animais utilizados para fins científicos, entre os que está incluído o rato de laboratorio. Limitacións
Aínda que o rato de laboratorio é con diferenza o animal máis usado na investigación biomédica, recentes estudos salientaron as súas limitacións. Por exemplo, a utilidade dos roedores en tests de sepse, queimaduras, inflamación, accidente cerebrovascular, ELA, enfermidade de Alzheimer, diabetes, cancro, esclerose múltiple, enfermidade de Parkinson, e outras doenzas foi posta en dúbida por varios investigadores. En canto aos experimentos feitos con ratos, algúns investigadores queixáronse de que "se desperdiciaron anos e miles de millóns de dólares seguindo pistas falsas" como resultado dunha preocupación polo uso destes animais nos estudos.
Os ratos teñen propiedades inmunolóxicas diferentes ás dos humanos: os ratos son máis resistentes a algunhas toxinas que os humanos; teñen unha fracción de neutrófilos total menor no sangue, unha menor capacidade encimática dos neutrófilos, menor actividade do sistema do complemento e un conxunto diferente de pentraxinas implicadas en procesos inflamatorios; e carecen de xenes para importantes compoñentes do sistema inmunitario, como a IL-8, IL-37, TLR10, ICAM-3 etc. Os ratos de laboratorio criados en condicións libres dun patóxeno específico xeralmente teñen un sistema inmunitario bastante inmaturo cun déficit de células T de memoria. Estes ratos poden ter unha diversidade limitada na súa microbiota, o que afecta directamente o sistema inmunitario e o desenvolvemento de condicións patolóxicas. Ademais, as infeccións víricas persistentes (por exemplo, por herpesvirus) son activadas en humanos, pero non en ratos libres de patóxenos específicos con complicacións sépticas e poden cambiar a resistencia a coinfeccións bacterianas. O ratos "sucios" son posiblemente máis axeitados para imitar as patoloxías humanas. Ademais, as cepas consanguíneas de ratos son as que se utilizan na inmensa maioría dos estudos, mentres que a poboación humana é heteroxénea, o que sinala a importancia de estudos con híbridos intercepas, cepas de exocría (outbred), e ratos non liñais.
Un artigo publicado en The Scientist sinala o seguinte: "as dificultades asociadas ao uso de modelos animais para enfermidades humanas resultan das diferenzas metabólicas, anatómicas e celulares entre os humanos e outras criaturas, mais os problemas fanse incluso máis profundos" incluíndo problemas co deseño e execución dos propios tests. Ademais, o mantemento en gaiolas dos animais de laboratorio pode convertelos en modelos irrelevantes para a saúde humana porque estes animais carecen de variacións diarias en experiencias, accións e retos que poden superar. Os ambientes empobrecidos que hai dentro das pequenas gaiolas dos ratos poden ter influencias prexudiciais sobre os resultados biomédicos, especialmente con respecto a estudos da saúde mental e de sistemas que dependen de estados psicolóxicos sans.
Por exemplo, os investigadores atoparon que moitos ratos nos laboratorios son obesos por un exceso de alimentación e un exercicio mínimo, o cal altera a súa fisioloxía e metabolismo de fármacos. Moitos animais de laboratorio, incluíndo os ratos, están estresados cronicamente, o cal pode tamén afectar negativamente os resultados das investigacións e a capacidade de extrapolar con exactitude os descubrimentos aos humanos. Algúns investigadores tamén indicaron que moitos estudos nos que se utilizaron ratos están mal deseñados, o que leva a que os resultados sexan cuestionables.
Algúns estudos suxiren que os datos publicados inadecuadamente de tests en animais poden ser investigacións irreproducibles, con falta de detalles sobre como se fixeron os experimentos nos artigos publicados ou as diferenzas nos tests poden introducir nesgos. Exemplos de nesgos ocultos son un estudo de 2014 da Universidade McGill que suxire que os ratos manexados por homes tiñan máis nivel de estrés que os manexados por mulleres. Outro estudo de 2016 suxeriu que o microbioma gastrointestinal de ratos pode ter influencia na investigación científica realizada con eles. Tamaño do mercado
O mercado mundial para os ratos con xenes alterados predise que crecerá aos 1590 millóns de dólares en 2022, crecendo a un ritmo do 7, 5 % ao ano.