Tikus laboratorium adalah bintang penelitian medis tanpa tanda jasa

PELABUHAN BAR, Maine – Jika menyangkut harga tikus, Anda membayar lebih untuk cacatnya. Seekor tikus yang menderita arthritis menghabiskan hampir $200; dua pasang tikus penderita epilepsi bisa berharga 10 kali lipat.

Apakah Anda ingin tiga tikus buta? Ini akan dikenakan biaya sekitar $250. Dan untuk mouse pribadi Anda, dengan modifikasi genetik sesuai pilihan Anda, perkirakan untuk membayar sebanyak $100.000.

Tikus, yang selalu menjadi andalan penelitian ilmiah, telah menjadi alat penting dalam pencarian obat-obatan dan perawatan medis baru.

Ternyata gen tikus sangat mirip dengan gen manusia sehingga dengan manipulasi yang tepat – baik oleh manusia atau alam – gen tersebut dapat menghasilkan hewan dengan penyakit yang mirip dengan kondisi medis apa pun pada manusia.

Tikus dengan penyakit Alzheimerobesitas, diabetes, kanker, dan penyakit lainnya yang tak terhitung jumlahnya digunakan untuk mempelajari penyakit itu sendiri dan pengobatan potensial.

Sebanyak 25 juta tikus kini digunakan dalam percobaan setiap tahunnya. Dari mana asalnya?

Tentu saja dari industri tikus.

Ada banyak penyedia: The Laboratorium Jacksonpenyedia nirlaba di Bar Harbor, Maine, mengirimkan lebih dari 2 juta per tahun. Peternak komersial Laboratorium Sungai Charles dari Wilmington, Mass., menghasilkan sekitar $500 juta per tahun dengan menjual dan merawat hewan laboratorium, sebagian besar adalah tikus.

Namun, bisnis tikus merupakan bisnis yang penuh tantangan. Apa yang tadinya merupakan bisnis pembiakan dan pengiriman hewan yang relatif sederhana kini menjadi sebuah usaha yang sangat menantang yang membutuhkan teknologi terkini dan penguasaan logistik yang sulit.

“Ini bukan sekedar menyatukan dua hewan,” kata Terry Fisher, manajer umum pengembangan bisnis dan layanan bedah di Charles River Laboratories.

Di Laboratorium Jackson, Rob Taft memelihara koleksi 2.850 jenis tikus yang berbeda—tetapi dia jarang melihat sebagian besar dari mereka.

Dua pertiga koleksi Taft terdiri dari embrio, dibekukan pada suhu 320 derajat di bawah nol dalam tabung kaca kecil seukuran sedotan koktail. Setengah lusin freezer yang berisi embrio adalah Library of Congress biologis, gudang genetik yang berisi hampir semua strain tikus laboratorium yang tersedia untuk umum yang pernah diproduksi.

Semuanya untuk dijual.

Setiap peneliti yang memenuhi syarat dapat menghubungi Jackson Lab, di mana Taft adalah direktur asosiasi ilmu reproduksi, dan memesan 100 tikus penderita diabetes, 50 tikus anemia, atau selusin tikus dengan penyakit reproduksi. fibrosis kistik.

Taft cukup mengambil sedotan dari koleksinya, mencairkannya, dan menanamkan embrionya ke tikus betina. Tiga minggu kemudian dia membuat pesanan anak anjing tikus.

Tikus mendapatkan arti barunya tidak lama setelah selesainya proyek genom manusia pada tahun 2001. Para ilmuwan bergegas menyelesaikan urutan DNA tikus pada tahun berikutnya, dan ketika mereka menempatkan kedua kode genetik tersebut secara berdampingan, mereka menemukan sesuatu yang selama ini mereka duga – gen tikus dan manusia sebenarnya identik.

Perbedaan nyata antara kita dan mereka bukan terletak pada gen itu sendiri, namun pada di mana, kapan, dan bagaimana gen tersebut diaktifkan.

“Ini berarti anatomi dan fisiologi tikus sangat mirip dengan apa yang Anda lihat pada manusia,” kata Rick Woychik, direktur Jackson Laboratory.

Pada dasarnya, tikus dan manusia terbuat dari kombinasi berbeda dari bagian yang sama.

Perusahaan sekarang perlu mengetahui susunan genetik setiap tikus yang keluar. Mereka harus menjamin tikusnya bebas dari virus, bakteri, parasit dan lain-lain patogen yang dapat mempengaruhi hasil suatu percobaan. Dan mereka harus mampu menyimpan ratusan atau ribuan strain yang berbeda, baik “di dalam kuku” atau dibekukan sebagai sperma atau embrio.

Tikus laboratorium hidup dalam kehidupan rumah kaca yang sesungguhnya. Mereka disimpan di ruangan khusus dengan sistem ventilasi terfilter dan kunci udara, atau di dalam kandang yang dikenal sebagai “isolator” yang menjaga mereka bebas dari kontaminasi dari dunia luar.

Setiap teknisi yang bersentuhan langsung dengan tikus harus melalui proses dekontaminasi menyeluruh terlebih dahulu yang mencakup mandi dan pakaian ganti lengkap. Semua makanan, air, dan alas tidur tikus disterilkan dengan pemanasan, penyinaran, atau keduanya.

Tikus laboratorium lebih kecil dan lebih jinak dibandingkan tikus liar, dan jauh lebih sensitif terhadap suhu dan perubahan lingkungan lainnya. Hewan-hewan tersebut sangat sensitif sehingga distributor mengirimkannya dengan truk khusus yang dikontrol iklimnya dan berusaha keras untuk menghindari pengiriman melalui kargo udara.

Satu perusahaan, Peternakan Takonik dari Germantown, NY, melayani pelanggan Pantai Barat dengan truk nonstop yang meninggalkan New York setiap Kamis malam dan tiba di California pada Senin pagi berikutnya.

Dan karena para ilmuwan lebih peduli dengan kesehatan tikus mereka, bersikeras bahwa mereka bebas dari apa pun yang dapat mempengaruhi hasil percobaan—atau lebih buruk lagi, memusnahkan seluruh koloni hewan—pemasok terus-menerus menguji populasi mereka untuk mengetahui tanda-tanda infeksi sekecil apa pun.

“Kami menyaring segala sesuatu yang ada di bawah sinar matahari,” kata Charlie Chungu, manajer produk divisi model organisme di Charles River Laboratories. Dia mengawasi sekelompok teknisi yang membiakkan sampel jaringan untuk mencari bakteri, menguji serum darah untuk mencari tanda-tanda infeksi virus, dan membedah tikus untuk memastikan organ dalam mereka dalam kondisi baik.

Ketika para ilmuwan mulai meneliti tikus seabad yang lalu, mereka tidak tahu apa-apa tentang DNA, dan hanya memiliki gagasan samar-samar tentang gen. Mereka baru saja menemukan kembali eksperimen pemuliaan yang dilakukan 40 tahun sebelumnya oleh biksu Austria pada tanaman kacang polong Gregor Mendel. Mendel menyusun aturan pewarisan yang berlaku pada tumbuhan; apakah ini juga berlaku pada hewan?

Tikus adalah pilihan yang jelas untuk percobaan pemuliaan. Kecil, jinak dan sangat ingin bereproduksi, mereka juga tersedia dari koleksi pecinta tikus zaman Victoria yang membiakkan hewan tersebut untuk memiliki warna dan pola bulu yang menarik. Banyak dari strain tikus laboratorium yang paling populer saat ini adalah keturunan langsung dari “tikus mewah” yang asli.

Selama beberapa dekade, para peneliti menciptakan keturunan tikus laboratorium dengan berulang kali mengawinkan saudara kandungnya hingga masing-masing anggota strain tersebut secara genetik hampir identik. Standarisasi ini memungkinkan seorang peneliti di Jepang mengulangi percobaan rekannya di California tanpa khawatir variasi genetik akan mempengaruhi hasilnya.

Hal ini juga memberi setiap ras karakter khas yang membuat mereka lebih disukai untuk eksperimen tertentu. Misalnya, strain BALB/c sangat berguna untuk studi imunologi. Strain lain, C3H, dikenal rentan terhadap tumor payudara.

Pemuliaan tikus jauh lebih sederhana sebelum revolusi genetika. Hampir sepanjang abad ke-20, strain baru tikus laboratorium diciptakan melalui pembiakan selektif atau secara kebetulan. Jika seorang teknisi laboratorium atau mahasiswa pascasarjana yang jeli melihat hewan tidak biasa yang memiliki mutasi baru, maka akan dihasilkan jalur baru untuk mempelajari gen tersebut.

Kini para peneliti – dan semakin banyak perusahaan bioteknologi – dapat menciptakan mutasi mereka sendiri, menyisipkan atau menghapus gen sesuka hati.

Perusahaan seperti Peserta dari San Carlos, California, akan menciptakan tikus “knockout” yang tidak memiliki gen tertentu. Farmasi Artemis dari Cologne, Jerman, menawarkan untuk memasukkan gen manusia ke dalam kode genetik tikus. Transgenetika PoliGeneSebuah perusahaan Swiss akan memasukkan gen-gen yang keluarannya dapat dinaikkan dan diturunkan seolah-olah gen tersebut berada pada saklar peredup biologis.

Dan penghargaan untuk keanehan murni terus berlanjut xogenPeralatan Alameda, California, yang dapat menghubungkan gen yang diinginkan dengan gen yang mengkode protein yang membuat kunang-kunang bersinar. Hasilnya: Kapan pun dan di mana pun gen yang diteliti menyala di dalam tikus, gen tersebut bersinar.

Bergantung pada manipulasi genetik tertentu, biaya pembuatan mouse khusus biasanya mencapai puluhan ribu dolar. Setelah garis batas ditetapkan, jumlah hewan individu bisa mencapai ratusan.

“Tidak banyak biaya yang harus dikeluarkan jika Anda ingin melihat bagaimana suatu penyakit mempengaruhi mamalia atau bagaimana suatu obat akan bekerja,” kata Lee Silver, seorang peneliti. Universitas Princeton ahli biologi yang telah bekerja dengan tikus sejak tahun 1978.

Masalahnya adalah strain mouse baru ini sangat terspesialisasi sehingga hanya ada segelintir pembeli untuk setiap mouse kustom tertentu. Dari ribuan strain yang disimpannya, Jackson Laboratory menghasilkan uang dari beberapa lusin strain dan mencapai titik impas pada beberapa ratus strain lainnya.

Strain yang umum dan memiliki permintaan tinggi – dan hibah federal – mensubsidi penyimpanan dan pemeliharaan galur yang lebih eksotik, dan juga membantu mendukung penelitian lebih dari 50 ilmuwan.

“Jika Anda menjual satu juta tikus dari strain tertentu, tidak terlalu sulit untuk membuat pasarnya,” kata Charles E. Hewett, chief operating officer Jackson Lab. “Seekor tikus yang hanya akan kami jual sekitar selusin setiap tahunnya, itu jauh lebih sulit.”

Namun para ahli biologi sepakat bahwa tikus-tikus tersebut penting bagi kemajuan biologi, itulah sebabnya mengapa pemerintah federal perlu melakukan hal ini Institut Kesehatan Nasional telah menginvestasikan jutaan dolar dalam menciptakan dan memelihara garis keturunan tikus yang dimodifikasi secara genetik.

Tahun ini, NIH menghabiskan $10 juta untuk membeli 250 strain tikus knockout, bersama dengan informasi rinci tentang fisiologi mereka, dari dua perusahaan bioteknologi, Deltagen dan Genetika Leksikon dari The Woodlands, Texas.

Akuisisi ini hanyalah sebuah “hors d’oeuvre” bagi upaya internasional yang jauh lebih besar untuk menciptakan strain mematikan pada masing-masing 20.000 hingga 25.000 gen tikus, kata Chris Austin, direktur Pusat Genomics Kimia Institut Kesehatan Nasional.

Itu Proyek Tikus Knockout akan mencatat informasi tentang karakteristik masing-masing strain dalam database publik yang sangat besar sehingga memungkinkan para peneliti menghubungkan gen dengan fungsinya.

“Jumlah hal berbeda yang dapat Anda lakukan dengan tikus ini sangat banyak,” kata Austin. “Seseorang bisa berkata, ‘OK, tunjukkan pada saya semua tikus yang mengalami anemia’… dan Anda akan segera mendapatkan daftar gennya, banyak di antaranya yang tidak pernah terpikirkan oleh Anda.”

Beberapa peneliti percaya bahwa mempelajari tikus knockout bahkan akan mengarah pada pengembangan obat baru, mungkin lusinan obat baru.

Salah satu langkah pertama dalam pengembangan obat adalah identifikasi apa yang oleh para ahli biologi disebut sebagai target – sebuah molekul biologis yang terlibat dalam proses penyakit dan dapat diblokir atau dipengaruhi oleh senyawa kecil yang relatif tidak berbahaya.

Target yang baik sulit dicapai. Namun tikus knockout sebenarnya adalah pabrik target karena mereka tidak memiliki satu gen pun, sehingga tidak memiliki satu molekul biologis pun. Misalnya saja, jika para peneliti menemukan seekor tikus yang tetap kurus, tidak peduli seberapa banyak ia makan, mereka akan segera mempunyai target yang menjanjikan untuk obat obesitas.

“Anda dapat memanipulasi gen… dan menggunakan tikus sebagai penerjemah fisiologi mamalia,” kata Brian Zambrowicz, wakil presiden eksekutif penelitian di Lexicon Genetics.

Lexicon telah memusnahkan 3.000 gen tikus dan sedang merancang 2.000 gen lainnya. Dengan setiap KO, perusahaan melakukan serangkaian tes terperinci untuk menentukan bagaimana fungsi gen yang dihapus sesuai dengan fisiologi manusia di enam bidang: oftalmologi, kardiologi, imunologi, kanker, metabolisme, dan neurologi.

Jika Lexicon dapat menemukan beberapa lusin target baru di antara 5.000 gen yang dihilangkan, maka Lexicon dapat dengan mudah merevolusi industri farmasi. Zambrowicz mengklaim bahwa perusahaannya telah mengidentifikasi 70 target baru, yang cukup mengesankan mengingat 100 obat resep terlaris di pasaran mengeksploitasi tidak lebih dari beberapa lusin.

Masih harus dilihat apakah ada lompatan yang bisa dilakukan dari tikus knockout ke terapi untuk manusia. Di masa lalu, penemuan yang tampak menjanjikan pada hewan pengerat sering kali gagal pada pasien manusia.

“Tikus-tikus ini tidak akan memberi tahu kita segalanya, dan terkadang mereka tidak memberi tahu kita apa pun. Namun sebagai titik awal,” kata Austin, “tikus memainkan peran penting.”