我们对人类疾病的了解以及治疗尝试,绝大部分都源自小鼠,小鼠的基因被设计为繁殖力强、温顺且易于操控——所有这些特性使其成为大规模生物医学研究的首选工具。然而,这种人类强加的行为和生殖特征选择付出了高昂的代价:通过剔除高度标准化的实验室小鼠中不良特征,研究人员也对从小鼠身上了解和学习的可能性设置了看不见的限制。
杰克逊实验室的进化生物学家Beth Dumont 和同事们正在寻求解决这一问题的方法。通过在北美和南美的自然栖息地、田野、谷仓和森林以及不同的生态位(极地、热带和干旱气候)中收集老鼠,Dumont 和同事开发了 10 种新的实验室级研究小鼠品系,这些品系的基因组中充满了传统小鼠中缺失的信息。
这些新小鼠品系最近在 PLoS Genetics上进行了详细介绍,它们将为全世界的研究人员提供重要的新资源:与传统的近交系相比,它们的基因组引入了数百万种新的遗传变异,包括预测的基因版本(该版本平均会降低携带该基因的生物体的适应性)和跨基因结构变异,包括 DNA 丢失、DNA 重复和以相反方向重新连接的分离染色体——所有这些遗传图谱都能更好地反映人类遗传变异。
“自 20 世纪初以来,我们积极地从实验室小鼠身上移除了大量与人类健康息息相关的基因信息,”杜蒙特说道。“例如,我们培育出了与焦虑、攻击性和不育相关的特征,这意味着我们错失了大量可能带来变革的生物医学研究,这使得我们更难确定新疗法或新药对人类的有效性。”
杜蒙特和她的同事,加利福尼亚大学伯克利分校的迈克尔·W·纳赫曼教授以及研究生团队开始了这项工作。他们费了一番周折,从加拿大、美国和巴西的五个地方收集了野生老鼠。这些野生老鼠全都属于同一个老鼠亚种(M. musculus domesticus;这一点 很重要,因为它们都可以杂交,而这并不是所有遗传多样化的老鼠都具备的条件)。这些野生老鼠与实验室老鼠看起来非常不同,因为它们在各自的环境中都承受着生存和繁衍的适应压力。例如,来自加拿大的老鼠体型较大,新陈代谢活跃,可以在寒冷的气候中保持温暖;来自巴西的老鼠体型较小,新陈代谢截然不同,这表明在巴西收集的老鼠是专门适应炎热气候的。
Dumont、Nachman 和同事们精心培育了这些小鼠 20 代,以消除有害基因,同时对温顺行为和/或生殖能力进行极小的选择。然后,Dumont 通过 IVF 重新衍生这些小鼠,以防止引入野生病原体,使它们现在适合实验室使用。
如果你能抓住它们。也就是说,新菌株也明显更加凶猛。
“它们跑得很快,而且它们不想被你抓住,”杜蒙特说。“我还没被咬过,但和它们打交道确实需要快速的反应能力。”
野生实验室菌株表现出除大小和速度之外的表型特征变化。数百万种遗传变异的引入捕捉到了许多生物领域的广泛变化。它们的生化、神经行为、生理、形态和代谢特征与近交系实验室小鼠相比差异更大,更准确地模拟了人类疾病相关表型的复杂遗传基础。
“利用野生品系有可能建立一套强大的资源来模拟人类特征和疾病,从而在几乎所有疾病领域实现重大发现,”杜蒙特说。“随着研究人员开始认识到这一点,我们将看到人们对野生实验室小鼠的兴趣日益浓厚。”