Snart kommer knockoutmusen för TCF7L2 till LUDC.
TCF7L2 är den viktigaste riskgenen för typ 2 diabetes och med musens hjälp kommer forskarna att lära sig mer om riskgenens funktioner.
Knockoutmöss och andra genmodifierade djur är idag kraftfulla hjälpmedel när grundläggande sjukdomsmekanismer ska studeras.
Tekniken att skapa exakta och bestående förändringar i musens arvsmassa har i grunden ändrat förutsättningarna för biomedicinsk forskning. Idag finns fler än 500 olika musmodeller för mänskliga sjukdomar och forskarnas möjligheter att släcka eller föra in specifika arvsanlag har i grunden förändrat den medicin-genetiska forskningen.
De tre forskare som fick nobelpriset i medicin 2007 lönades just för sina banbrytande insatser under 1980-talet som la grunden för dagens riktade genmodifiering.
Genkartor över olika arter
– Snart sagt alla större medicinska forskningscentra arbetar idag med genmodifierade möss, säger Holger Luthman, professor i genetik vid LUDC.
Fram till idag har ungefär 10 000 olika enskilda gener slagits ut i så kallade knockoutmöss. Det är nästan hälften av kända gener hos oss och andra däggdjur och det är bara en tidsfråga innan det finns knockoutmöss för alla gener. På internet finns genkartor över många olika arter där enskilda gener med liknande funktioner hos till exempel människor och möss kan jämföras.
Människor och möss
Möss och människor är inte samma sak men eftersom många forskningsförsök inte bara är svåra utan omöjliga att utföra på såväl människor som i provrör är djurförsök nödvändiga.
Att just musen blev favoriten har flera orsaker. Människor och möss är ganska lika. I princip har musen samma uppsättning gener, fysiologiska processer och organ som vi.
Musens lilla format är också en fördel, små möss utvecklas snabbt jämfört med större djur. Musens graviditet är över på tre veckor, det blir många möss på kort tid. Dessutom är möss lättskötta, lever väl i fångenskap och är motståndskraftiga mot infektioner.
Embryonala stamceller
Och det var just möss som de tre nobelpristagarna, Martin Evans, Mario Capecchi och Oliver Smithies, arbetade med. För att göra knockoutmöss måste det vara möjligt att odla stamceller så att den genetiska förändringen hos den första generationen går i arv till nästa. Martin Evans utvecklade metoder för att odla stamceller från musembryon.
De båda andra nobelvinnarna lärde sig att utnyttja homolog rekombination, en process som innebär att de främmande arvsanlagen av sig själva söker sig på plats i DNA-tråden inne i cellkärnan.
Generation efter generation
Den genetiskt förändrade embryonala stamcellen injiceras sedan i ett befruktat ägg i livmodern på en mushona som med hormoninjektioner gjorts skendräktig. Honan föder sina ungar precis som vanligt. Skillnaden är att hennes ungar har en genmodifierad arvsmassa och att det nya anlaget följer med vid varje celldelning i generation efter generation.
En ny era
Proceduren är komplex och dyr. En knockoutmus kostar flera tiotusentals kronor att göra. Rent tekniskt är det också komplicerat. Ett musägg är ungefär en tiondels millimeter i diameter. Cellkärnan, där genmodifieringen utförs, är fem tusendels millimeter i genomskärning.
1989 presenterades den första vetenskapliga artikeln om framställningen av möss med riktade genmodifieringar och en ny era hade inletts inom den biomedicinska forskningen.
Knockout vanligast
Knockoutmusen är den vanligaste formen av genmodifierade möss. I korthet innebär det att en gen, ett arvsanlag, släcks ut. Detta ger forskarna möjligheten att studera vad genen gör, vilka effekter den har, vad som händer när den inte fungerar hos en hel levande organsim eller som en av nobelpristagarna uttryckte det i en intervju; "Vi kan inte studera blodtrycket i en cell därför att celler har inget blodtryck."
Studera riskgener
Ett exempel på hur knockoutmöss kan användas är då riskgener för sjukdomar hittas. Kartläggningarna ger besked om genvarianter som är vanligare vid sjukdomen men inte varför, inte vilka mekanismer som ligger bakom.
En knockoutmus där TCF7L2, den hittills mest kända riskgenen för typ 2 diabetes, har slagits ut är på väg till LUDC. Tack vare musen hoppas forskarna få djupare insikter i TCF7L2-genens effekter på de insulinproducerande betacellernas förmåga att utsöndra insulin och liknande frågor.
Köpa färdiga möss
TCF7L2-musen är född på ett universitet i Minnesota och i forskarvärlden bjuder man varandra på intressanta möss. Alternativet är att köpa möss från något av de företag som arbetar med genmodifierade möss.
Specialiserade laboratorier har en mängd genmodifierade musstammar. En del finns i lager som färdiga unga möss men man kan också beställa en befruktad hona, befruktade ägg eller nedfrysta embryon.
Också knockin
Knockoutvarianten är den vanligaste men det finns även knockinmöss. Där tillför man ett genetiskt anlag, till exempel en upptäckt riskgen för en sjukdom som klonats så att den går att framställa i laboratoriet. Genom att göra ett djur där riskgenen överuttrycks kan mekanismerna studeras.
– Anledningen till att knockin inte är lika vanligt är att resultaten är svårare att analysera eftersom effekterna i regel inte alls blir lika stora som vid knockout, säger Holger Luthman.
Avla fram anlag
Även vanlig långt driven avel används för att ta fram försöksdjur som tjänar som sjukdomsmodeller. Inom diabetesområdet finns många exempel. NOD-musen, en mussort som utvecklar en autoimmun form av diabetes liknande typ 1 diabetes och LADA som människor får är ett exempel. Ett annat är BB-råttan och ett tredje GK-råttan.
GK-råttan är döpt efter de båda japanska forskarna Goto och Kakizaki som avlade fram den för mer än 30 år sedan.
35 generationer senare
GK-råttan får på grund av insulinbrist diabetes. Utgångspunkten för forskarna var 211 normala råttor där de konsekvent i varje generation valde ut de tio procent som hade högst blodsockervärde och lät dem para sig med varandra. Efter 35 generationer hade de en råtta som spontant fick diabetes.
– Fördelen jämfört med knockout är att sjukdomen hos den här råttan mer liknar den normala situationen, det vill säga bakom sjukdomen ligger en komplex genetik precis som vid typ 2 diabetes hos människan, konstaterar Holger Luthman.
Lång väntan på mutationer
I genetikens barndom, innan riktad genmodifiering var möjlig, hade forskarna antingen att vänta på spontana mutationer eller att skynda på utvecklingen med att utsätta försöksdjur för till exempel röntgenstrålar.
För hundra år sedan arbetade amerikanen Thomas Morgan, en av genetikens pionjärer med bananflugor. Han väntade på att mutationer skulle inträffa, på att en ny sorts bananfluga skulle födas och han fick vänta i mer än ett år innan en hane med vita ögon istället för normala röda ögon föddes.
Morgan korsade sin vitögda hanne med en vanlig rödögd hona. Sedan väntade han igen.
Hitta arvets gång
Snart hade han flera hundra vitögda hannar och han fortsatte det omständliga arbetet, fick fler mutanter och genom ett noggrant korsningsarbete lyckades han börja sortera upp arvets gångar. Till exempel att vissa anlag är könsbundna, vitögdhet för bananflugor fanns bara hos hannarna. Hos människan är anlaget för blödarsjuka ett exempel. Sjukdomen drabbar pojkar men de ärver anlaget av sin mamma.
Morgan och hans grupp blottade ett mönster där alltfler anlag hängde ihop, vissa ofta, andra alltid men jämfört med metoden att ta till vara godtyckliga spontana eller framkallade mutationer är den riktade genmodifieringen snabbare. Metoden är mycket mer precis. Det är därför den blivit ett så betydelsefullt verktyg för fördjupade genetiska kunskaper.
Text: Tord Ajanki