一項對全球實驗室使用的數百種小鼠品系進行的基因分析發現,近半數實驗小鼠的基因組成與科學家們所認為的不符。

這項今日發表在《Science》期刊上的研究,揭露了小鼠品系名稱與其實際基因組成之間普遍存在的不一致性。科學家們表示,這種錯配可能損害小鼠研究的可重複性,並削弱研究結論。

澳洲布里斯本 QIMR Berghofer 研究機構的免疫學家 Daniel Rawle 表示:「這項研究對生物醫學研究來說是又一次警鐘。如果我們無法完全了解所使用小鼠的基因,我們就有可能誤解疾病的實際運作方式。」

Rawle 對標籤錯誤的小鼠品系可能造成的麻煩有第一手經驗。在他與同事於 2022 年的一項研究中,他們發現了基因工程改造以缺乏免疫蛋白 granzyme A 的小鼠,其基因型存在差異。這些錯誤讓研究人員誤以為,刪除編碼 granzyme A 的基因可以保護小鼠免受由奇ungunya病毒感染引起的嚴重關節炎。

今日在《Science》期刊上報告的這項計畫主持人、北卡羅來納大學教堂山分校的小鼠遺傳學家 Fernando Pardo-Manuel de Villena 表示,當科學家試圖將基因改造(例如基因刪除或「基因剔除」)從一個小鼠品系轉移到另一個品系時,就可能出現這類問題。

實驗動物研究中使用的近交系小鼠具有大量的基因「背景」,不同的品系,例如 C57BL/6 和 A/J,被用於不同的研究領域。將一個基因改變(例如基因剔除)引入一個小鼠品系,需要進行 10-20 代的雜交繁殖,同時必須仔細記錄以確保不會出錯。

偷工減料會導致問題。例如,如果這種雜交繁殖過程不完整,來自供體剔除品系的基因變異可能會保留在受體品系中,這意味著小鼠品系之間的基因差異會變得不明顯。Pardo-Manuel de Villena 說:「二十代的時間很長,花費也很高。」

為了評估問題的規模,他和同事們評估了數百個小鼠品系的基因組,這些品系來自一個稱為突變小鼠研究與資源中心(MMRRC)網絡維護的活體菌種。MMRRC 由美國國家衛生研究院於 1999 年成立,旨在保存和分享聯邦資助研究人員開發的小鼠品系。

研究人員使用一種旨在區分小鼠品系的基因分型平台,調查了來自北卡羅來納大學 MMRRC 設施維護的 341 個品系的 611 個樣本。分析發現,47% 的品系與其描述不符。

研究人員將這些錯誤描述分為不同類別。在 341 個品系中,7% 屬於完全不同的品系,26% 屬於不同的亞品系(這些是經典小鼠品系的基因上不同的分支;例如,C57BL/6 小鼠有 20 多個亞品系)。

研究人員表示,許多這些錯誤相對較小,但有些可能會引起問題。例如,他們調查的品系中近 10% 表現出基因變化,例如綠色螢光蛋白等報告基因的存在,而這些並未包含在品系名稱中。其他類型的錯誤可能會引入產生結果變異或表型意外消失的基因變異;例如,當使用來自不同供應商的動物時。Pardo-Manuel de Villena 說:「這將損害嚴謹性和可重複性。」

為了應對這些問題,MMRRC 設施已開始對其所有品系進行基因分型,從最受歡迎的品系開始。通常,品質控制工作著重於確認品系是否帶有關鍵的基因改造(例如剔除),並使用繁殖記錄來評估基因組的其餘部分。Pardo-Manuel de Villena 說:「這就像是進行親子鑑定與查閱教會記錄。」

英國愛丁堡大學的轉譯神經科學家 Malcolm MacLeod 對於所發現的錯誤是否會對小鼠實驗的可重複性產生顯著影響表示懷疑。他補充說,使用相同標籤錯誤品系的研究人員應該仍然會得到相似的結果。「如果品系標籤錯誤,對我們兩個人來說都是錯的——所以我的實驗應該仍然可以複製。」

但 Pardo-Manuel de Villena 表示,儘管這些錯誤是可重複的,但它們將導致錯誤的結論和資源浪費。Rawle 補充說:「這篇論文再次強調,如果我們想要可重複且可轉譯的結果,就必須對小鼠品系進行嚴格的基因鑑定和品質控制。」

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