Ratón de laboratorio

Ratones albinos.

El ratón de laboratorio es un roedor, usualmente de la especie Mus musculus, que se utiliza para la investigación científica. Su cariotipo está compuesto por 40 cromosomas[1] y suelen ser albinos.

Para cada experimento se escogen ratones de laboratorio que pertenezcan a una misma cepa pura o endogámica. Los individuos de una misma cepa llevan los mismos genes, por lo cual se facilita la comparación de los efectos de los diferentes tratamientos experimentales (fármacos, entorno físico, etc.), sin que se produzca confusión debido a las diferencias genéticas. La cepa más utilizada ha sido la BALB/c (ratón albino), aunque existen otras disponibles(ej.C57BL/6), especialmente desde el desarrollo de técnicas de manipulación de genes que han provisto una gran cantidad de cepas con modificaciones genéticas particulares.[2]

Algunas investigaciones particulares pueden requerir de una especie de ratón diferente a Mus musculus. Por ejemplo, en 2004, investigadores de la Universidad de Emory utilizaron ratones de las praderas (Microtus ochrogaster) y ratones de los pantanos (Microtus pennsylvanicus) para estudiar un gen relacionado con el comportamiento monógamo.

Las características que han hecho del ratón de laboratorio el modelo biológico y biomédico más utilizado en las investigaciones científicas son:

  1. Su fácil manejo.
  2. Su tamaño apropiado para la crianza y manipulación.
  3. No requieren demasiados cuidados.
  4. Tienen un sistema inmune similar al de los seres humanos.
  5. Tienen un alto número de crías.
  6. Poseen un breve período de gestación (19-21 días), y su destete es rápido.
  7. Las hembras producen un gran número de óvulos, los cuales al ser fecundados son muy resistentes.
  8. Al ser mamíferos euterios, poseen un genoma muy similar al de los seres humanos.

En la actualidad se utilizan ratones que se han manipulado genéticamente. Los modelos de ratón transgénico y knock-out son particularmente útiles para estudiar problemas biológicos complejos, ya que se puede analizar la acción de un gen o una proteína en particular.

Cepa C57BL/6

La C57BLACK6, abreviada como C57BL/6 o black 6, es la cepa endogámica de ratón de laboratorio más ampliamente usada para ser manipulada genéticamente en el estudio de las enfermedades humanas. Esta cepa fue la que se utilizó para el proyecto genoma del ratón que terminó en el 2002.

Su pelaje es café oscuro, casi negro. Tiene un temperamento fácilmente irritable.

Contexto genético y evolutivo

Los seres humanos y los ratones de laboratorio (ambos mamíferos euterios) compartieron un último antepasado común hace 60 millones de años aproximadamente. La evolución del genoma de los mamíferos es relativamente conservadora. Si bien los humanos poseen antepasados comunes con todos los seres vivos, el hecho que los humanos y los ratones sean mamíferos euterios hace que tengan más genes en común que los que se podrían encontrar entre los humanos y animales no euterios.

Los ratones tienen un genoma agrupado en 20 pares de cromosomas, mientras que los seres humanos tienen 23. Los genomas de los humanos y los ratones de laboratorio son muy similares; el genoma de los humanos posee 2.900 millones de pares de bases, mientras que el del ratón contiene alrededor de 2.600 millones.

El mapeo genético ha puesto en evidencia que algunos genes que se encuentran en un mismo cromosoma humano están ubicados en diferentes cromosomas en los ratones. Por ejemplo, en el cromosoma 12 de los seres humanos se encuentran agrupados los genes GADP, TPI, LDHB, KRAS2, INT1, GL1 y LALB, mientras que en el ratón estos genes se encuentran repartidos en los cromosomas 6, 15, 10 y 4. Estos mismos genes se encuentran en un mismo cromosoma en los gatos (cromosoma B4) y en las vacas (cromosoma 5), lo que indica que los antepasados de los ratones divergieron del linaje que desembocaría en el hombre antes que los linajes de los artiodáctilos (grupo al que pertenece la vaca) y el de los carnívoros (grupo al que pertenece el gato). El cromosoma 7 humano posee homologías en siete cromosomas diferentes de Mus musculus. El cromosoma 11 del ratón tiene homologías en al menos seis cromosomas humanos.[3]

El parecido genético entre las dos especies permite comparar los genes casi directamente, y permite a los científicos encontrar los mismos genes en humanos para decodificar las rutas y mecanismos de las enfermedades humanas, porque los ratones también pueden desarrollarlas. Por ejemplo, la mutación murina relacionada con la obesidad (Magohany) es homóloga al gen attractrin, el cual guarda información para hacer una glicoproteína y se relaciona con la obesidad en los seres humanos.

También es posible inducir en los ratones un gran número de enfermedades humanas manipulando sus genes por medio de técnicas de ingeniería genética. Sólo de esta manera se pueden hacer investigaciones más fiables, puesto que la investigación con humanos estaría por fuera de las normas bioéticas.

Ratón transgénico

Pasos para la creación de un ratón transgénico.

Un ratón transgénico es un ratón que porta un fragmento de ADN ajeno a su genoma. Para obtenerlos, es necesario construir un plásmido de ADN (un plásmido es un elemento genético extracromosomal cuya cadena de ADN es circular) e introducir luego el nuevo gen en la célula blanco para que se inserte al azar en el genoma celular con técnicas de ADN recombinante y de micromanipulación o transfección. El gen añadido recibe el nombre de transgen, y el animal que lo porta, el de animal transgénico. Los ratones transgénicos se utilizan para conocer los mecanismos de la expresión génica de un gen o de un fragmento de éste.

La obtención de un ratón transgénico se lleva a cabo de la siguiente manera:

  1. Se obtienen óvulos fecundados, en los que aún no se han fusionado los pronúcleos masculino y femenino, de un ratón hembra al que previamente se le aplicó una inyección de estro y luego fue apareado.
  2. Los óvulos fertilizados se remueven del oviducto utilizando una solución salina.
  3. Por medio de una pipeta de vidrio ultrafina se inyecta al pronúcleo masculino cerca de 2 a 5 picolitros de ADN, en el que hay cientos de copias del transgen.
  4. El paso anterior se realiza en cerca de 10 a 20 huevos.
  5. Los huevos microinyectados se implantan en una madre adoptiva (denominada pseudopreñada, pues fue apareada previamente con un macho estéril).
  6. 19 – 21 días después nacen las crías, de las cuales aproximadamente entre el 10 y el 40 por ciento tendrán el transgen integrado en su genoma.
  7. Se toma una muestra de tejido de su cola para averiguar qué individuos portan el transgen.
  8. Se aíslan los ratones transgénicos obtenidos de un huevo microinyectado, denominados transgénicos fundadores.
  9. Se cruzan ratones transgénicos fundadores para obtener una línea de ratones transgénicos.

El número de copias del transgen puede variar entre diferentes ratones transgénicos fundadores; de igual manera, el transgen puede integrarse en diferentes partes dentro del genoma murino. Algunos ratones transgénicos pueden expresar un nuevo fenotipo debido a la inactivación de otro gen debido al lugar de inserción del transgen, lo cual es una desventaja de la técnica. En general, los modelos generados permiten estudiar la ganancia de una función.

Un gen tiene dos regiones principales: la región reguladora (promotor) y la región codificadora de la proteína. En la construcción de ratones transgénicos, se pueden usar promotores generales que permiten una expresión continua y generalizada del transgen, o bien un promotor tejido-específico que producirá un patrón de expresión más restringido.

Ratón knock-out

Un ratón knock-out (KO) es un organismo genéticamente modificado (OGM) que carece de la expresión de un gen en particular. Los ratones KO son un modelo para estudiar la acción de un gen particular en la bioquímica y fisiología de un organismo. Los ratones knock-out son muy útiles en el estudio del cáncer y de otras enfermedades complejas.

Ratón KO.

La obtención de un ratón KO se lleva a cabo de la siguiente manera:

  1. Se extrae el gen de interés.
  2. Se propaga el gen en una bacteria.
  3. Se diseñan modificaciones genéticas para inactivar la función normal del gen.
  4. Durante la activación se añade un gen que genera resistencia a un antibiótico. Con frecuencia se utiliza el gen Neo, el cual da resistencia a la neomicina. Este gen marcador generará una “selección positiva” (sólo las células que lo porten sobrevivirán).
  5. Se añade también otro gen de selección negativa (las células que lo porten morirán) a los extremos del gen que se pretende modificar. Usualmente el gen de selección negativa es el gen timidina quinasa del herpes virus (tk). Este gen debe ser eliminado por la maquinaria celular durante el proceso de recombinación homóloga.
  6. Se prepara in vitro un vector de ADN. Usualmente el vector es un retrovirus.
  7. Se pone el vector en contacto con células ES en suspensión. Las células ES provienen de ratonas preñadas a las que se les extrajeron los embriones en el estado de blastocisto, en el tercer día de de desarrollo.
  8. Se aplica un choque eléctrico (electroporación) que crea un poro en la membrana de las células ES, con lo que se facilita la entrada del vector.
  9. El gen normal es reemplazado con el gen modificado, a través de un proceso llamado recombinación homóloga.
  10. Se aplica el antibiótico de selección (generalmente neomicina) al cultivo de células embrionarias.
  11. Mueren aquellas células que por azar hayan incluido el gen de selección negativa (usualmente el tk) en los extremos del gen. Las células que quedan en el cultivo se denominan recombinantes.
  12. Se microinyectan entre 10 y 12 células troncales embrionarias (stem cells, SC por sus siglas en inglés) recombinantes en embriones de ratón.
  13. Se implantan los embriones en una ratona pseudopreñada.
  14. Nacen los ratones provenientes de estos embriones. Como los embriones modificados estaban formados por dos tipos de células, se dice que estos organismos son quimeras.
  15. Se realizan cruces para generar una cepa de ratón con un determinado gen modificado. Se tiene en cuenta que solo un 50 por ciento de las crías de las quimeras serán recombinantes.

Entre las desventajas que tiene la investigación con ratones noqueados se pueden mencionar las siguientes: la posible mortalidad de los embriones o de los recién nacidos, en algunos casos, lo que impide el estudio de la función de ese gen particular en los animales adultos; la modificación está presente en todas las células, lo cual no se da en el desarrollo de algunos tipos de cáncer; la modificación está presente desde la fecundación, de forma tal que en algunos casos la plasticidad durante el desarrollo embrionario puede conducir a una interpretación confusa de los resultados por fenómenos de compensación.

A pesar de las anteriores limitaciones, el conocimiento de la genética médica ha crecido enormemente gracias a los ratones KO.[4]

Cepas de ratones knock-out

En el 2001 se tenían no menos de 286 cepas de ratones knock-out disponibles. Cada mes se añaden nueve cepas nuevas a la lista. El Jackson Laboratory Induced Mutant Resource (IMR) es la institución que lleva a cabo la importación, criopreservación de embriones y desarrollo genético (colocando la mutación en una cepa consanguínea) de las cepas aceptadas, para proveer a la comunidad científica de ratones knock-outs y transgénicos para las diferentes áreas de investigación.

El nombre de la cepa se da según el gen involucrado en la mutación. Por ejemplo, la cepa BDNF recibe su nombre de las siglas en inglés de brain-derived neurotrophic factor (es decir, el factor neurotrófico derivado del cerebro). El fenotipo de la cepa con esta mutación se caracteriza por severas deficiencias en coordinación y balance y una excesiva degeneración en algunos ganglios sensoriales. El ganglio simpático, el cerebro medio dopaminérgico y las neuronas motoras no se encuentran afectados.

Ratón knock-in

Un ratón knock-in es un organismo genéticamente modificado (OGM) al cual se le ha reemplazado un gen normal por uno alterado con una mutación específica. Su elaboración es muy similar a la de un ratón knock-out; sin embargo, en lugar de inhabilitar el gen, éste se reemplaza por otro. En algunos casos los que se hace es añadir la sección promotora para hacer que el gen modificado se exprese continuamente.

Desarrollo evolutivo e historia de su uso

Durante el siglo XX se documentaron las mutaciones espontáneas que permitieron identificar los genes responsables de la obesidad, el cáncer y la aterosclerosis.

La historia subsiguiente incluye la creación de una gran cantidad de variedades de ratones noqueados para ayudar a entender el papel que desempeña cada uno de los genes en el organismo y la forma como se relaciona con otros genes.

Véase también

Enlaces externos

Guidelines for Nomenclature of Mouse and Rat Strains

Referencias

  1. «Karyotype. Whole Genome» (en inglés). Consultado el 20 de enero de 2011.
  2. Meraz Ríos Marco Antonio y Sánchez Torres Carmen, Animales modificados genéticamente: La herramienta del futuro.
  3. Ruiz García, Manuel; Álvarez, Diana (2002). Evolución comparada de genomas animales y su relación con el genoma humano (cap. 6). En El genoma humano. Editorial Panamericana. Bogotá, Colombia.
  4. Jiménez Schuhmacher, Alberto. El ratón como modelo animal en oncología: Pasado, presente y futuro. En Boletín Oncológico del área sanitaria de Teruel. Marzo 2007.
  5. Roedores. En Pequeños herbívoros. Ediciones Folio. Estella. 1991. | Dubock, Adrian C.
  6. De la magia primitiva a la medicina moderna. Fondo de Cultura Económica. | Pérez Tamayo, Ruy
  7. Breve historia de la química. Educational Services Incorporated. 1975. | Asimov, Isaac.
  8. La relación del hombre con el ratón casero. En Pequeños herbívoros. Ediciones Folio. Estella. 1991. | Berry, R. J.
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