Delen:
10 Menselijke ziekten die we aan muizen hebben gegeven
Muizen zijn geweldige onderzoeksinstrumenten. Wetenschappers kunnen ze injecteren, infecteren, ontleden en allerlei handige dingen leren die relevant zijn voor de menselijke gezondheid.
Veel ziekten treffen mensen echter gewoon. Om deze ziekten bij muizen te bestuderen, moeten wetenschappers creatief worden. Sommige van deze creatieve manoeuvres omvatten hormoonbehandeling, weefseltransplantaties of genoverdracht. Naderhand worden de muizen net iets menselijker.
Soms, zoals bij complexe psychische stoornissen, is de uitdaging belachelijk moeilijk. Dus wetenschappers moeten genoegen nemen met het nabootsen van een paar symptomen.
10 Gonorroe
Gonorroe is een SOA veroorzaakt door een bacterie, Neisseria gonorrhoeae. In de natuur infecteert het alleen mensen.
In het laboratorium hebben wetenschappers spuiten gebruikt om te injecteren N. gonorrhoeae in de vagina van veel muizen. Maar N. gonorrhoeae houdt niet echt van leven in muizen. Dus de infectie neemt meestal niet.
Na veel troubleshooting ontdekten wetenschappers dat er een kort venster is tijdens de oestruscyclus wanneer de omstandigheden in de muisvagina precies goed zijn. Tijdens dat venster, N. gonorrhoeae kan gedijen.
Normaal gaat dat venster snel voorbij. Door muizen te behandelen met een vrouwelijk geslachtshormoon, 17β-estradiol, kunnen wetenschappers dit venster verlengen. Na deze oestrogeenboost kan de vagina van de muis worden gehost N. gonorrhoeae voor veel dagen.
Met deze muizen hebben wetenschappers nieuwe medicijnen kunnen testen. Ze hebben ook het merkwaardige feit kunnen bestuderen dat één infectie vaak geen langdurige immuniteit verleent. Net als mensen kunnen muizen vaak opnieuw worden geïnfecteerd na het herstellen van hun eerste gevecht.
In de echte wereld hebben mensen zelden gonorroe geïsoleerd. Tot wel 70 procent van de tijd gaat een gonorroe-infectie gepaard met een chlamydia-infectie. Om dit probleem te bestuderen, hebben wetenschappers ook dubbel-STD-muizen gemaakt. Om deze modellen te bouwen, injecteren ze twee soorten bacteriën in de vagina's van de muizen: C. muridarum en dan N. gonorrhoeae.
9 Alzheimer
De ziekte van Alzheimer is een degeneratieve ziekte die de hersenen beïnvloedt en die ernstig geheugenverlies kan veroorzaken. In de hersenen van Alzheimerpatiënten verschijnen veel klontjes eiwitten die plaques worden genoemd. Deze plaques zijn gevormd uit stukjes van een eiwit genaamd APP.
Er zijn veel manieren om muizen van Alzheimer te bouwen. Verscheidene vertrouwen op een mutante vorm van APP, die wordt gevonden in twee Zweedse gezinnen. In deze gezinnen komt de ziekte van Alzheimer ongewoon vroeg aan, terwijl de patiënten nog steeds in de vijftig zijn.
Veel muizen van Alzheimer vertonen geheugenverlies. Om dit te meten, hebben wetenschappers verschillende tests gebruikt. De ene wordt het Morris-waterlabyrint genoemd. In deze test moeten muizen de locatie onthouden van een verborgen platform dat zich in een plas water bevindt.
Een andere test wordt de nieuwe objectherkenningstest genoemd. Een muis krijgt twee objecten te zien: een die hij eerder heeft gezien en een die dat niet heeft. Normale muizen besteden meer tijd aan het verkennen van het nieuwe object. Alzheimer-muizen lijken het verschil niet te zien.
8 maaimatten
Mazelen wordt veroorzaakt door een virus. In de meeste gevallen leidt het tot koorts en vlekken op de huid. In zeldzame gevallen kan het ook hersenbeschadiging of de dood veroorzaken.
In de natuurlijke wereld infecteren mazelen alleen mensen. Het virus komt menselijke cellen binnen op een van de twee receptoren: CD46 of CD150.
Om muizen vatbaar voor de mazelen te maken, hebben wetenschappers de genen voor deze receptoren in muizen geïntroduceerd. Na infectie ontwikkelen sommige van deze mazelen-muizen ernstige reacties.
In een paper van 2006 bijvoorbeeld, transformeerden wetenschappers muizen met de menselijke CD150-receptor. Vervolgens infecteerden ze deze muizen met de mazelen op twee verschillende manieren: door het virus in hun neusgaten te injecteren of rechtstreeks in hun hersenen. Na infectie vervaagden veel van de muizen snel. Ze verloor de controle over hun bewegingen, ontwikkelde aanvallen en stierf.
De ernst van de zaak was afhankelijk van de leeftijd van de muizen. Pasgeboren muizen waren altijd goners, maar vier weken oude muizen overleefden altijd. Bij muizen van twee weken en drie weken oud bevond het sterftecijfer zich ergens in het midden.
7 HIV
Tot op heden heeft HIV ongeveer 39 miljoen mensen gedood. Miljoenen meer worden elk jaar geïnfecteerd.
Om een menselijke cel te infecteren, bindt HIV zich aan receptoren op het celoppervlak. Bij chimpansees, onze naaste neven, zijn deze receptoren vergelijkbaar. Dus HIV kan ook chimpansees infecteren.
Muizen zijn echter veel meer verwant aan elkaar. In de 90 miljoen jaar sinds muizen en primaten op verschillende manieren splitsten, zijn deze eiwitten ook veranderd. Als gevolg hiervan kan HIV muizen niet infecteren.
Een manier om dit probleem op te lossen, is menselijke genen in muizen over te brengen. Er zijn echter ten minste drie menselijke genen nodig om het HIV-virus in een muis te helpen gedijen.
Een meer populaire aanpak is om muizen te bouwen met menselijke immuunsystemen. Dit omvat enkele injecties van mens tot muis en vaak een operatie. Dergelijke muizen worden "gehumaniseerd" genoemd.
Een verscheidenheid aan gehumaniseerde muizen wordt BLT genoemd, een verwijzing naar de broodje bacon-sla-tomaat. In tegenstelling tot de sandwich bevat de BLT-muis echter een mengsel van menselijke cellen afkomstig van drie bronnen: beenmerg, lever en thymus.
Om een BLT-muis te bouwen, beginnen wetenschappers met een muis met een defect immuunsysteem. Vervolgens nemen ze stukjes lever en thymus die afkomstig zijn van menselijke foetussen en transplanteren ze onder de nier van de muis. Ze injecteren ook enkele stamcellen die afkomstig zijn van menselijk beenmerg.
Daarna wordt de muis getransformeerd. Het zit boordevol menselijke immuuncellen en is 100 procent vatbaar voor HIV. Gehumaniseerde muizen kunnen via de vagina of anus of met een naald rechtstreeks in hun aderen met HIV worden geïnfecteerd.
6 Acne
Acne is een menselijk probleem. Onze naaste neven, de chimpansees, krijgen geen puistjes. Ook geen muizen.
Acne wordt veroorzaakt door een destructieve heen-en-weer-beweging tussen de menselijke huid en de bacterie Propionibacterium acnes. Meestal, P. acnes is onschadelijk. Wanneer zuurstofniveaus in een porie dopen, P. acnes valt de huid aan. Dan vecht het immuunsysteem terug. Het resultaat is veel pus.
Om acne te bestuderen, hebben wetenschappers geïnjecteerd P. acnes in muizen. Het muizenoor is een populaire injectieplaats. Andere wetenschappers hebben de muis terug gebruikt.
Maar P. acnes houdt niet van leven in muizen. Het geeft veel de voorkeur aan mensen.
Om muizen vriendelijker te maken P. acnes, een groep wetenschappers besloot om menselijke cellen in muizen te introduceren. Ze prikten gaten in Teflon-cilinders, plaatsten menselijke cellen erin en brachten de cilinders over in de buiken van muizen. Een week later injecteerden ze P. acnes.
In de muizen overleefden de menselijke cellen. Zo deed P. acnes. Als reactie hierop hadden de lichamen van de muizen een immuunrespons. Het leek enigszins op wat er in een menselijk gezicht gebeurt voordat een puistje wordt gevormd.
5 Obsessief-compulsieve stoornis
Mensen met een obsessief-compulsieve stoornis (OCD) voelen zich gedreven om herhaaldelijk dezelfde actie uit te voeren. Sommigen wassen hun handen honderden keren per dag. Anderen voltooien uitgebreide telrituelen telkens wanneer ze een kamer verlaten.
Muizen wassen hun handen niet. Maar ze houden zich bezig met een gelijkwaardig gedrag, namelijk grooming, waarin ze zichzelf met hun poten wrijven. Overmatige verzorging bij muizen wordt vaak gebruikt als een model voor menselijke ocs.
In veel gevallen van OCD is een gebied in de hersenen dat de orbitale frontale cortex wordt genoemd, abnormaal actief. Om ocs in muizen te recreëren, besloot een groep wetenschappers om de orbitale frontale cortex te stimuleren met lichtpulsen.
Eén puls was niet genoeg. Echter, na vele pulsen verspreid over meerdere dagen, begonnen de muizen zichzelf vaker te verzorgen. Sommige van deze muizen reageerden ook op een chemische behandeling voor ocs waarvan is aangetoond dat deze bij mensen werkt.
Wetenschappers hebben ook muizen met OCD gemaakt door bepaalde genen te muteren. In sommige van deze mutanten kan grooming intens worden. Hoxb8-mutanten verzorgen zo krachtig dat ze hun eigen haar verwijderen. Sapap3-mutanten wrijven herhaaldelijk over hun gezicht tot ze wonden veroorzaken.
4 Alcoholisme
Alcoholisten zijn fysiek afhankelijk van alcohol. Ze ervaren intense hunkeren en drinken zwaar.
Bij mensen loopt alcoholisme soms in gezinnen. Bij muizen lijkt ook de liefde voor alcohol genetisch bepaald. Sommige muizenstammen drinken weinig alcohol wanneer ze de gelegenheid krijgen. Andere soorten drinken meer.
Muizen metaboliseren alcohol snel, vijf keer sneller dan mensen. Dus, in plaats van de alcohol in hun keel te forceren, kan het moeilijk zijn om muizen echt dronken te maken.
Een manier om dit probleem te overwinnen, is het fokken van muizen die absoluut van alcohol houden en er vrijwillig tonnen voedsel drinken. Om dit te doen, selecteren wetenschappers de muizen van elke generatie die het meest drinken. Na verschillende fokrondes is het resultaat high-alcohol-prefering (HAP) -muizen.
Sommige van deze HAP-muizen worden dronken. Na vele uren drinken kan hun bloedalcohol stijgen tot meer dan drie keer de wettelijke limiet. De bewegingen van de muizen worden ongecoördineerd en ze worstelen om een evenwichtsbalk te lopen.
Net als bij mensen is al dit drinken vrijwillig. HAP-muizen hebben de mogelijkheid om zich aan water te hechten. Maar ze worden altijd aangetrokken door alcohol.
3 Ziekte van Huntington
De ziekte van Huntington beïnvloedt het zenuwstelsel. Lijders verliezen geleidelijk het vermogen om hun bewegingen te beheersen en helder te denken.
De ziekte is genetisch, herleidbaar tot het huntingtine-gen op het menselijke chromosoom 4. Normale versies van het huntingtine-gen bevatten meerdere herhalingen van CAG, een drieletterige DNA-sequentie. In ziekteverwekkende versies van het gen raken deze herhalingen uit de hand. In mutant huntingtine zijn meer dan 35 CAG's aanwezig.
In één experiment introduceerden wetenschappers een mutante vorm van menselijke huntingtine in muizen. Het bevat 72 CAG-herhalingen.
Eén muis die dit gen met 72 herhalingen draagt, kreeg motorische problemen. Er kon geen test voor het oversteken van de balk worden voltooid. Toen hij aan zijn staart bungelde en vervolgens terugkeerde naar de grond, worstelde het om zijn houvast te vinden. Het had ook de neiging om in cirkels rond te lopen.
Toen wetenschappers een autopsie uitvoerden, ontdekten ze dat het brein van de muis degenereerde, net als de hersenen van Huntington-patiënten.
Wetenschappers hebben ook veel andere soorten van de Huntington-muis gemaakt. Sommige bevatten alleen fragmenten van het mutante gen of brengen het gen alleen tot expressie in specifieke hersencellen.
2 Autisme
Mensen met autisme hebben moeite met de interactie met andere mensen. Sommigen houden zich ook bezig met repetitief gedrag zoals klapperen met hun handen.
Veel verschillende genen dragen bij tot een risico voor autisme. Cntnap2 speelt bijvoorbeeld een rol bij de vroege ontwikkeling van de hersenen.
In één experiment sloegen wetenschappers het Cntnap2-gen uit in muizen. In deze mutanten ontwikkelden de hersenen zich anders. Sommige hersencellen reisden niet waar ze moesten gaan. Niveaus van één soort hersencellen, het interneuron genoemd, waren ook verminderd.
Muizen zonder het Cntnap2-gen gedroegen zich ook anders. Veel van hun gedrag leek op symptomen van menselijk autisme. De mutanten waren bijvoorbeeld minder communicatief als pups. Wanneer ze werden gescheiden van hun moeders, gaven ze minder noodoproepen.
Als volwassenen waren muizen zonder het Cntnap2-gen ook minder sociaal. Wanneer normale muizen worden gepresenteerd met een lege buis en een buis die een muis bevat, hebben ze gewoonlijk de voorkeur om de buis met de muis te onderzoeken. Maar muizen zonder het Cntnap2-gen vertoonden niet zo'n voorkeur.
Net als veel mensen met autisme zijn muizen zonder het Cntnap2-gen ook betrokken bij repetitief gedrag. Ze groeven herhaaldelijk op de grond. Ze verzorgden zichzelf ook zodanig dat ze gewond konden raken.
Deze muizen reageerden ook veel op de medicatie risperidon, zoals mensen met autisme dat doen.Nadat de muizen het medicijn hadden gekregen, werden hun repetitieve gedragingen gecontroleerd. Maar de sociale problemen bleven.
1 Schizofrenie
Schizofrenie is een geestesziekte. De beroemdste symptomen zijn waanideeën en hallucinaties. Minder dramatische symptomen zijn apathie en leerproblemen.
Bij mensen met schizofrenie is het MD-neuron, een soort hersencel, minder actief. Om dit mentale verschil in muizen na te bootsen, blokkeerden wetenschappers de neuronen chemisch. Na deze blokkade hadden muizen moeite zich aan te passen aan nieuwe regels voor het vinden van voedsel. Deze moeilijkheid kan lijken op de soorten leerproblemen die mensen met schizofrenie hebben.
Schizofrenie werkt ook in families. Veel verschillende genen lijken een rol te spelen. In een Schotse familie lijkt een mutatie in een gen genaamd DISC1 het risico te verhogen. Om dit verband te bestuderen introduceerden wetenschappers een mutante vorm van DISC1 in muizen.
In muizen met de mutante DISC1 ontwikkelden de hersenen zich anders. Eén set structuren, de laterale ventrikels genoemd, werd groter dan normaal. Dit was vooral het geval aan de linkerkant. Dit soort hersenkraken wordt ook gezien bij mensen met schizofrenie.
Muizen met het mutante gen vertoonden ook andere symptomen. Soms waren ze hyperactief. Toen ze een open veld kregen om binnen te rennen, renden ze iets meer manisch rond dan normale muizen deden. Op andere momenten waren de muizen meer apathisch. Wanneer ze in een bak met water werden gedaan, deden ze minder moeite dan normale muizen.
Deze gedragsverschillen hebben misschien iets te maken met schizofrenie, maar wetenschappers weten het niet zeker.
Of muizen ooit zijn ontworpen om enkele van de beroemdste symptomen van schizofrenie weer te geven, zoals het horen van stemmen of geloven dat ze een beroemd historisch figuur zijn, is onduidelijk. Je hebt daarvoor misschien een menselijk brein nodig. Maar zelfs als een schizofrene muis zou gaan geloven dat hij Elvis was, zou hij er geen wetenschappers over kunnen vertellen.