Laboratuvar Hayvanlarını Yetiştirme ve Sağlığı Dersi 7. Ünite Sorularla Öğrenelim

Transgenik deney hayvanı nedir?

Transgenik hayvan hücrelerinde yabancı bir DNA’yı taşıyan hayvandır. Genel olarak, başka bir organizmanın DNA’sının tamamlayıcı bir kopyasını içeren haberci (messenger) RNA’nın farklı teknikler kullanılarak hayvanın hücrelerine aktarılması sonucu elde edilirler.

Transgenik deney hayvanı elde edilmesinde kullanılan gen transfer yöntemleri nelerdir?

• Viral Vektörlerle Gen Transferi Tekniği
• Embriyonal Kök Hücrelere Gen Transferi Tekniği
• Spermatozooitlere Gen Transferi Tekniği
• Testislere Gen Transferi Tekniği
• Nükleer Transfer Teknolojisi İle Transgenik Hayvan Elde Edilmesi
• Pronüklear-DNA Mikroenjeksiyon Tekniği

Nükleer transfer teknolojisi ile transgenik hayvanlar nasıl elde edilmektedir?

Son yıllarda transgenik hayvanlarının üretiminde klonlama teknolojisinden de yararlanılmaktadır. Bunun için aktarılacak gen somatik hücrelere (hayvanın vücudundan elde edilen) elektroporasyon ile aktarılır. Gen transferi yapılmış vücut hücresi dişi yumurta hücresine özel bir yöntem ile transfer edilir. Aktarım sonrası bu yumurtalar aktive edilerek belli bir döneme kadar (blastositik evre) laboratuvar koşullarında olgunlaştırılır. Sonrasında yumurta dişi hayvan uterusuna aktarılarak hem klon hem de transgenik yavru elde edilir.

Kök hücre nedir?

Kök hücre, işlevsel (görev) olarak farklılaşmamış, yani vücudun herhangi bir organ ya da dokusunda özel bir görev yapabilmek için tam olarak değişmemiş olan öncül hücrelerdir. Bu öncül hücreler bedenin başka hücrelerine dönüşebilme yeteneğine sahiptir. Kök hücreleri, gerek embriyodan gerekse yetişkin canlı bedeninden elde edilebilirler.

Hedeflenmiş mutasyona sahip hayvanı nedir?

Hedeflenmiş mutasyona sahip hayvanlar çoğunlukla belirli bir geni susturulmuş olan “Knockout” ya da daha az tercih edilen belirli bir geni aktif hale getirilmiş “Knockin” hayvanlardır. Belirli bir genin hedeflenmiş mutasyonuna sahip bir fare tipik olarak embriyonal kök hücre yöntemi ile oluşturulur. Bundan dolayı başarı yüzdesi çok düşük zor bir işlemdir.

Hedeflenmiş mutasyona sahip hayvanları nasıl elde edilmektedir?

İlk olarak, ilgilenilen gen tanımlanmalı, hedeflenmeli ve tam olarak işaretlenmelidir. Günümüzde, fareler için çok sayıda farklı gen bölgesinin tanımlanması mümkün hale gelmiştir. Daha sonra, fare embriyonal kök hücreleri izole edilip uygun koşullarda muhafaza edilmelidir. Sonraki aşama ise, ilgilenilen gen bölgesinin mutasyona uğratılmış bir şekli kök hücrelere mikroenjeksiyon veya elektroporasyon yöntemiyle yerleştirilmesidir. Kök hücrelerin çok az bir kısmı bu işleme beklenen cevabı verir ve bu hücreler de seçilerek normal fareembriyosuna yerleştirilir. Prosedür embriyoların taşıyıcı bir anneye implante edilmesiyle son bulur. Mutasyonlu kök hücrelerden köken alan tüm hücreler mutasyonlu gen taşırken, orijinal embriyo hücrelerinden köken alan hücreler ise normal genlere sahip olacaktır. Sonuçta elde edilen yavrunun bazı hücreleri mutasyonlu gen taşırken diğer kısmı normal genlere sahip olacaklardır. Bu hayvanlara kimerik hayvanlar denir. Eğer mutasyonlu kök hücreler sperm ya da yumurta oluşturacak öncül hücrelere (germ hücresi) dâhil edilirse bu defa da oluşacak bazı gametler mutasyonlu genleri taşıyacaktır. Bu gametler normal farelere implante edilirse doğan yavruların bazıları mutasyona uğratılmış gen için heterozigot (mutant genin bir kopyasına sahip) olacaktır. Heterozigot farelerin birbirleriyle çiftleştirilmesiyle elde edilen yavruların ise ¼’ü homozigot yani mutant geni tamamen bulunduran fareler olacaktır. Nihai olarak ta, elde edilen homozigot fareler kendi aralarında çiftleştirilir ve saf knockout/knockin fare kolonileri elde edilir.

Knockout fare kullanmanın avantajları ve dezavantajları nelerdir?

Knockout fare kullanmanın birçok önemli avantajı vardır, bunların en önemlileri: canlı organizmadaki her olay bir genetik programa bağlı olduğundan, bir genin devre dışı bırakılmasının kesin ve temiz bir yoldur. İlgili genin ürününün etkileri ilaçlar ya da başka kimyasallar kullanılmadan ve onların olası yan etkileri olmadan ortadan kaldırılabilir. Genlere müdahale, o genin ürününün özellikle davranış üzerine olan etkilerinin belirlenmesinde en etkili yoldur.

Knockout fare kullanılmasında karşılaşılabilecek en önemli sorun ise fare için ölümcül olabilen mutasyonlardır. Çünkü çoğu genin ürünü normal fizyolojik koşullarda canlı için vazgeçilmezdir. Böyle bir gene müdahale edilmesi ölümcül olabilecek morfolojik ya da fizyolojik değişikliklere neden olabilir.

Genotiplendirme nedir?

Genotiplendirme, bir türün DNA dizisindeki farklılıkların, biyolojik yöntemler aracılığıyla, aynı türün başka bireylerinin DNA dizileri veya referans bir dizi ile karşılaştırarak tespit edilmesi işlemi olarak tanımlanabilir. O türün kalıtımla anne ve babasından aldığı alellerin belirlenmesini sağlar. Genetiği değiştirilmiş hayvanlardan elde edilen yavruların spesifik olarak genotiplendirilmesi, verimli bir araştırmanın yapılması ve bir araştırma projesinde yer alan hayvan sayısının azaltılması için kritik önem taşır. Genotiplendirme, çoğunlukla yavruların dokularından elde edilen DNA’nın analizi ile gerçekleştirilir.

Kuyruk biyopsisi için fareler ve sıçanlarda ne tip anestezi kullanılmaktadır?

Farklı yaş gruplarındaki fareler için anestezi gerekliliği farklıdır:

• 10-21 günlük fareler ve sıçanlar için: Fizyolojik etki ve kemirgen ağrısı ontojenezi çalışmalarına dayanarak, araştırmacıların kuyruğa lokal anestezi uygulamak ve bu yaş aralığında olabildiğince erken kuyruk biyopsisi yapılması önerilir. Lokal anestezi, kuyruk buz soğukluğunda etil alkole 10 saniye süreyle
  daldırılarak, etil klorür sprey (soğutucu sprey) uygulamasıyla veya yetkili veteriner tarafından önerilen başka bir uygun anestezik maddenin kullanılmasıyla gerçekleştirilebilir.
• 21 günden daha büyük fareler ve sıçanlar için: Lokal veya genel anestetik kullanımı doku toplanmadan önce gereklidir. Genel bir anestetik kullanılacaksa, veteriner hekim tarafından uygun bir madde önerilmelidir.
• 35 günden daha büyük fareler için: Genel bir anestezik kullanılması gerekir.

1-2 haftalık yavruların kullanılacağı bir deney için gereken damızlık sayılarının tahmini sayısını hesaplamak için hangi formül kullanılmaktadır?

Kullanılan formül şu şekildedir:

Damızlık dişi sayısı = (Deney için gerekli hayvan sayısı / (Her batında sütten kesilen ortalama yavru                                        sayısı x Cinsiyet düzeltmesi x Mutant düzeltmesi) x İnfertilite faktörü

Damızlıkların çiftleştirilmesinde her bir kafeste ikili (1 erkeğe 1 dişi) eşleştirme, üçlü (1 erkeğe 2 dişi) eşleştirmeden daha verimlidir. Ancak, eğer deney için belirli bir genotipte ve cinsiyette hayvan gerekli ise üçlü eşleştirme de verimli olabilir. Yine de, beklenen sayı, cinsiyet ya da genotipte yavru elde edileceğinin hiçbir zaman bir garantisi yoktur ve tüm hesaplamalar sadece olması beklenen sayısal birer veriden ibarettir.

Genetiği değiştirilmiş hayvanların refahını sağlamada nelere dikkat edilmelidir?

Genetiği değiştirilmiş hayvanlarda idrar yapma düzensizliği önemli sorunlardan biridir. Üriner çıkışları işlevsiz ve işeme sıklıkları düzensizdir. Bu nedenle bu hayvanların kafeslerine normalden fazla altlık konulmalı ve kafes temizliği daha sık yapılmalıdır. Eğer hayvan sesten etkilenen özel bir tür ise kafeslerin bulunduğu ortamın tamamen sesten izole edilmesi, hareketlerini kısıtlayıcı bir durumu olan özel bir model ise yemlikler ve su ulaşabileceği şekilde sunulmalı gibi örnekler çoğaltılabilir. Genetiği değiştirilmiş hayvanların görevli bakım personeli tarafından belli aralıklarla yakından incelemeleri titizlikle yapılmalıdır. 

Bireysel olarak havalandırılan kafes nedir?

Genetiği değiştirilmiş hayvanların, özellikle de farelerin deneysel olarak gün geçtikçe artan kullanımları hayvan sağlığı ve refahının yerinde ve zamanında etkili bir şekilde sağlanması açısından çeşitli zorlukları da beraberinde getirmektedir. Bazı kurum ya da kuruluşlar bünyesinde fazla sayılarda genetiği değiştirilmiş deney hayvanı bulundurabilmekte ve bu durum hayvanların fizyolojik dengelerini ya da davranışını etkileyebilmektedir. Bu sorunun önüne geçmek için günümüzde çoğu kuruluş bireysel olarak havalandırılan kafes (Individually Ventilated Gaging: IVC) sistemleri kullanmaktadır. Birçok kafesi her biri ayrı bir odacıkmış gibi bünyesinde bulunduran bu sistemler oldukça değerli ve önemli olan bu hayvanların sistematik olarak takip edilmesine, kolaylıkla bakılmasına, daha sağlıklı bir ortamda barınmalarına olanak sağlarlar.

Genetiği değiştirilmiş farelerde genel sağlık değerlendirilmesi nasıl yapılmalıdır?

Fareler için genel sağlık değerlendirmesi vücut kütlesi, vücut sıcaklığı ve pelajın (kürk) görünümü hakkında kısa bir değerlendirme ile başlar. Nörolojik refleksler uzuvların hareketi, göz kırpma ve dokunsal uyarılara yanıt olarak kulak ve bıyık seğirmesi de dâhil olmak üzere değerlendirilmelidir.

Genetiği değiştirilmiş farelerde yapılan genel sağlık değerlendirmesi sonrasında hangi parametrelerde görülen sapmalar kaydedilmeli ve gerekirse tedavi edilmelidir?

• Uyku
• Dinlenme
• Hareket
• Çiftleşme
• Çiğneme ve yutma
• Yuva yapımı
• Merak
• Yiyecek arama
• Korku
• Anksiyete (kaygı)
• Savunma davranışı

Genetiği değiştirilmiş hayvanların davranışlarının değerlendirilmesinde nelere dikkat edilmelidir?

Genetiği değiştirilmiş hayvanların davranışlarının değerlendirilmesi, normal hayvanların davranışlarının değerlendirilmesi ilgili dikkat edilmesi gereken hususlara ilaveten yine bazı özel yaklaşımları gerektirir. Bu yaklaşımlar da aynen refah ile ilgili hususlarda olduğu gibi eldeki mevcut modelin özelliğine göre farklılık gösterecektir. Genel sağlık değerlendirmesinden sonra, duyusal ve motor (hareketle ilgili) testleri de kapsayan davranış testleri yapılmalıdır. Davranışsal değerlendirmeye hayvanların refahını olumsuz etkileyebilecek duyusal, motor veya motivasyon açıklarını belirlemek için mevcut kolonide yeterli miktarda transgenik hayvan bulunduğunda başlanmalıdır.

Genetiği değiştirilmiş hayvanlarda yapılan duyusal testler nelerdir?

Bazı knockout fareler öğrenme, ebeveynlik, çiftleşme veya saldırganlık gibi karmaşık davranışlarla birlikte gözlemlenebilen ve bu davranışların yorumlanmasını zorlaştıran duyusal veya algılama eksikliklerine sahip olabilirler. Görme, görsel yerleştirme testi ve görsel uçurum gibi çeşitli testlerle değerlendirilir. İşitsel yetenekler ya bir tıkırtı-uyum testi ya da bir akustik ürkme testi ile değerlendirilir. Koku alma yeteneği, bir hayvanın kafes yataklarının altında gizlenmiş, aşırı kokulu yiyecekleri (kurabiyeler, fıstık ezmesi, pastırma veya peynir gibi) ne kadar süreyle keşfetmesi gerektiği ya da koku ayrım testleri ile belirlenir. Ağrı duyarlılığı, sıcak bir plakadan pati çekme veya kuyruk çekme testiyle test edilebilir. Bu türden ağrı/acı duyusuyla ilgili testlerden önce transgenik farelerin doku hasarını önlemek için maksimal ağrı eşikleri yerine yavaş tepkiden kaynaklanan ağrı eşikleri belirlenmeli ve seçilen eşik noktadan önceki bir zaman aralığında test sonlandırılmalıdır. Davranış testlerinden önce transgenik farelerdeki genel motor becerilerini değerlendirmek için önerilen prosedürler ve hayvanların potansiyel olarak ağrılı bir uyarandan çıkarılması için belirlenmiş kriterler deney hayvanları etik kurul başvuru belgesinde ya da ilgili resmi bilgilendirme formlarında ayrıntılı olarak açıklanmalıdır.

Genetiği değiştirilmiş hayvanlarda yapılan motor testler nelerdir?

Duyusal yeteneklerin değerlendirilmesinden sonra motor yetenekleri ve hareketlerin koordinasyonu değerlendirilmelidir. Birçok transgenik farede koordinasyon, çiftleşme, lokomosyon gibi aktiviteleri etkileyen hareket bozuklukları görülür. Bu tür motor yetersizlikler hareket gerektiren herhangi bir davranışı değerlendirmeyi (bir kola bastırma veya bir labirenti aşma gibi) veya belirli davranışların (saldırganlık, çiftleşme veya ebeveynlik gibi) performansını da etkileyebilir. En yaygın olanları hayvanın araştırma becerisine dayalı testlerdir. Açık alan testi bunlardan biridir ve uygulama olarak basit bir testtir.

Genetiği değiştirilmiş hayvanların anksiyete seviyeleri nasıl değerlendirilmektedir?

Genetiği değiştirilmiş hayvanlar, duygusal tepkilerinde (korku, kaygı ve savunma tepkileri) wild type (normal hayvanlar) hayvanlardan farklı olabilir. Tipik olmayan duygusal reaksiyonlar, deneyler sırasında öğrenme ve hafıza görevlerini ya da çiftleşme, ebeveynlik yapma veya saldırgan davranışların değerlendirilmesini etkileyebilir. Anksiyete benzeri davranışların değerlendirilmesiyle ilgili çeşitli testler geliştirilmiştir. Kapalı bir ortam içerisinde oluşturulmuş açık ve aydınlatılmış alanı bulma/araştırma isteği düşük (veya hiç) anksiyete durumu olarak değerlendirilir. Yüksek derecede ansiyeteye sahip olan fareler muhafazanın duvarının yakınında ya da oldukları yerde durmak şeklinde bir davranış sergilerler. Bu test ile ilgili idaresi ve skorlaması otomatikleştirilmiştir birçok ticari ürün bulunmaktadır. Dışkılama, anksiyete için ek ölçüt oluşturmaktadır ve yüksek miktarda dışkı üretimi, wild type kemirgenlerde kaygı ile paralellik göstermektedir. Metabolizmayı veya gıda alımını etkileyen gen manipülasyonları da dışkı üretimini etkileyebilir ve anksiyete değerlendirmesini değişikliğe uğratabilir. Diğer test türleri de amaca ve türe göre değişkenlik göstermekle birlikte temelde benzer prensiplere sahiptir. 

Genetiği değiştirilmiş hayvanlarda sonlanım noktaları etik kurallar çerçevesinde nasıl tasarlanmalıdır?

Genetiği değiştirilmiş hayvanlarda insanlarda görülen bir hastalığın modellemesi yapılmış ise mevcut tüm ağrılı ve stresli durumların ortadan kaldırılması insanlarda yapılabildiği gibi maalesef çokta mümkün değildir. Hayvanların refahı ve araştırma hedefleri arasında bir denge kurmayı başarabilmek, insanlardaki bu tür hastalıkların nedenleri, tedavileri ve önlemleri ile ilgili soruların geçerli cevaplarını almak için gereklidir. Bir araştırmacı, yeni oluşturulmuş bir genetiği değiştirilmiş hayvan üzerinde ilk değerlendirmesini yaparken hayvanın fenotipi ve özel bakım gereksinimiyle alakalı klinik anormallikleri hakkında genellikle yeterli bilgi sahibi değildir. Bununla birlikte araştırmacı, oluşturulan modelde anormal morfolojik bir gelişimin görülmesi gibi durumlarda insani bir sonlandırma (itlaf) yöntemini de içeren hayvan kullanım protokolünü içerir bilgiyi yazılı olarak yetkili bir etik kurula ya da kuruma sunmalıdır.

Mutant hayvanlar için sonlanım noktaları tasarlanırken nelere dikkat edilmelidir?

Mutant hayvanlar için insancıl sonlandırma noktaları, mutantın yiyecek ve suya erişebilme ve tüketme yeteneği, mutantın uyaranlara tepkisi ve mutantın genel durumu üzerine kurulmalıdır. Aşırı derecede zayıf olma, ilerleyici kilo kaybı gösterme, çiftleşmeme, kambur bir duruşa sahip olma veya duyusal kayıplar gibi durumlar örnek verilebilir.