Knockoutmöss — genetiskt modifierade möss och deras användning i forskning

Knockoutmöss – hur genetiskt modifierade möss skapas och används i forskning; lär dig om genfunktion, Nobelprishistoria, tillämpningar och etiska aspekter.

En knockoutmus är en genetiskt modifierad mus där en eller flera gener har stängts av genom en genknockout.

Knockoutmöss är viktiga djurmodeller för att studera rollen hos gener som har sekvenserats men vars funktion ännu inte är känd. Genom att göra en specifik gen inaktiv i musen och observera eventuella skillnader i förhållande till normalt beteende eller tillstånd kan forskarna dra slutsatser om dess troliga funktion.

Möss är för närvarande den djurart som är närmast besläktad med människan och för vilken knockout-tekniken lätt kan användas. De används ofta i knockoutförsök, särskilt i genetiska frågor som rör människans fysiologi.

Det är mycket svårare att slå ut gener i råttor och det har varit möjligt först sedan 2003.

Den första knockoutmusen skapades av Mario R. Capecchi, Martin Evans och Oliver Smithies 1989, för vilken de tilldelades Nobelpriset i fysiologi eller medicin 2007.

En detaljerad förklaring av hur knockoutmöss framställs finns på webbplatsen för Nobelpriset i fysiologi eller medicin 2007.

Vissa aspekter av tekniken för att framställa knockoutmöss och själva mössen har patenterats i många länder av privata företag.

Hur knockoutmöss framställs

Den klassiska metoden bygger på homolog rekombination i musens embryonala stamceller (ES-celler). En DNA-konstruktion som bär en ändrad eller borttagen version av målgenerna införs i ES-cellerna. Celler där rekombination skett korrekt identifieras och injiceras sedan i ett tidigt embryon för att skapa en chimär mus. Denna chimär kan ge upphov till avkomma med genmodifieringen i könscellerna (germline transmission), som därefter backkorsas för att få en homozygot knockout.

Nyare genome‑editing-tekniker, framför allt CRISPR/Cas9, har gjort processen snabbare och billigare genom att möjliggöra direkt ändring av genomet i befruktade ägg. Andra metoder som används är zinc finger-nukleaser och TALENs. Val av metod påverkas av målets komplexitet, önskad precision och risk för oönskade förändringar.

Typer av knockouts

• Konstitutionell (global) knockout – genen inaktiveras i alla celler under hela organismens utveckling.
• Vävnadsspecifik (conditional) knockout – genen inaktiveras endast i vissa celltyper eller organ, ofta med hjälp av system som Cre‑LoxP, vilket minskar risk för embryonal dödlighet och gör det möjligt att studera genens funktion i en specifik vävnad.
• Inducerbar knockout – genutslag aktiveras vid en viss tidpunkt genom en yttre signal (t.ex. tamoxifen eller doxycyklin), vilket ger kontroll över när genen slås ut.

Användningsområden i forskning

Knockoutmöss används brett inom biomedicinsk forskning för att:

• kartlägga geners funktion och deras roll i utveckling, metabolism och beteende,
• modellera mänskliga sjukdomar som cancer, diabetes, neurodegenerativa sjukdomar (t.ex. Alzheimer och Parkinson), immundefekter och hjärt‑kärlsjukdomar,
• validera läkemedelsmål genom att studera effekter av att sakna ett target-genprodukt,
• undersöka gen‑gen- och gen‑miljö‑interaktioner.

Fördelar och begränsningar

Fördelar:

• Mycket informativt för att förstå genfunktion i en hel organism.
• Tillåter studie av kroniska och komplexa tillstånd i en kontrollerad miljö.

Begränsningar och utmaningar:

• Funktionell redundans – andra gener kan kompensera för den utslagna genens funktion, vilket försvårar tolkningen.
• Embryonal lethality – vissa gener är nödvändiga för tidig utveckling; borttagning leder till död innan man kan studera vuxenfenotyper.
• Kompenserande effekter och beroende av bakgrundsgenetik – fenotypen kan variera beroende på musstam.
• Off‑target‑effekter – särskilt vid nyare tekniker kan oavsiktliga förändringar i andra delar av genomet inträffa.

Alternativ och kompletterande metoder

När en fullständig knockout inte är lämplig eller ger svårtolkade resultat används bland annat:

• knockdown‑metoder (t.ex. siRNA eller shRNA) för att delvis reducera genuttryck,
• transgena modeller för att överuttrycka eller bära muterade varianter av en gen,
• humaniserade möss där mänskliga genvarianter ersätter musgener för bättre sjukdomsmodellering,
• farmakologisk inhibering av proteinfunktion som komplement till genetiska metoder.

Etik, djurskydd och reglering

Användningen av knockoutmöss omfattas av strikta etikprövningar och lagstiftning som syftar till att följa 3R‑principerna: Replace (ersätta djurmodeller om möjligt), Reduce (minska antalet djur) och Refine (förfina metoder för att minimera lidande). Forskare måste motivera behovet av djurförsök, designa studier statistiskt adekvat och använda smärtlindring och god vårdpraxis.

Patent och kommersialisering

Tekniker för att framställa knockoutmöss och vissa kommersiella stammar har, som tidigare nämnts, patenterats i många länder av privata företag. Detta kan påverka tillgång, licensvillkor och kostnader för forskningsinstitutioner och bioteknikföretag.

Sammanfattningsvis är knockoutmöss ett kraftfullt verktyg för att förstå geners funktion och modellera mänskliga sjukdomar, men tolkningen kräver omsorg, kompletterande metoder och etisk prövning. Tekniska framsteg, särskilt CRISPR‑baserade metoder, har gjort generationen av genetiskt modifierade möss snabbare och mer tillgänglig än tidigare.

Frågor och svar

F: Vad är en fantastisk mus?

F: Varför är knockoutmöss viktiga?

F: Vilka djurarter används i knockoutförsök?

F: Vem skapade den första knockoutmusen?

F: Var kan jag hitta information om hur man producerar knockoutmöss?

F: Är någon del av KO-tekniken patenterad?

Sök med bokstav