Program mezinárodní genetické standardizace (IGS)

IGS byla přijata společností Charles River v roce 1992, a týká se řízení zdraví a genetiky outbredních populací a inbredních kmenů výzkumných zvířecích modelů, zejména myší a potkanů. Přestože tento program zahrnuje standardizaci čtyř základních prvků - genetiky, zdraví, zajištění kvality, a operace - tento referenční dokument se zaměřuje výhradně na genetickou složku. Cíle programu IGS budou mírně závislé na typu řízené kolonie. U outbredních populací je záměrem minimalizovat inbreeding, udržovat heterozygotnost a řídit genetický drift, který by jinak vedl k divergenci kolonie mezi Charles River koloniemi po celém světě. U inbredních kmenů pomáhá IGS minimalizovat divergenci podlinie vzniklé genetickým driftem a také pomáhá předcházet genetické kontaminaci tím, že dochází k páření s jinými kmeny. Tento program řízení genetiky, spojený s dalšími třemi prvky (zdraví, zajištění kvality a operace), umožňuje společnosti Charles River množit výzkumná zvířata jednotně, bez ohledu na umístění produkce v celém světě.

Genetické řízení outbredních populací

Postupný genetický drift a výsledná genetická divergence mezi koloniemi je nevyhnutelným výsledkem množení populací a kmenů v izolaci. Během mnoha generací lze očekávat, že náhodný genetický drift způsobí přinejmenším mírnou genetickou divergenci mezi koloniemi hlodavců. Zatímco genetický drift je přirozeným, nevyhnutelným výskytem v jakékoli populaci, výzvou při množení outbredních zvířat je udržovat různorodost na úrovni jednotlivce, ale zároveň standardizovat vícero produkčních kolonií těchto zvířat, která jsou geograficky oddělena, aby každá kolonie má stejný rozsah genetické variability. Až do vývoje IGS CD® potkanů, Crl:CD(SD), komerční chovatelé, včetně Charles River, zakládali nové kolonie outbredních zvířat pomocí cesareanské rederivace, transferu kolonií, či jiným způsobem. U těchto nových kolonií byl použit náhodný systém páření, aby se zajistila a udržela genetická rozmanitost. Nicméně protože každá nová kolonie byla chována izolovaně ve srovnání s jinými koloniemi stejné populace, postupný genetický drift byl nevyhnutelný. Aby tento problém vyřešili a produkovali zvířata podobného genetického zázemí bez ohledu na to, z které kolonie pochází, v Charles River v roce 1992 založili zakladatelskou kolonii Crl:CD(SD). Tato kolonie byla založena ve Wilmingtonu, Massachussets, s použitím 100 párů chovných zvířat pocházejících ze stávajících kolonií Crl:CD(SD) umístěných po celém světě. Jedno rederivované mládě z každého z 200 vrhů pak bylo použito k založení zakladatelské kolonie v izolátorech. To nám umožnilo zachytit široký genetický vzorek a zároveň zajistit čistý zdravotní profil. Cirkulující systém párování byl zaveden do zakladatelské kolonie, aby se zabránilo inbreedingu. Potomek každého chovného páru v zakladatelské kolonii byl poté použit k obnovení bariérových místností na všech lokacích Charles River, kde byla produkována Crl:CD(SD) zvířata. V současné době, Charles River udržuje v programu potkany CD® a několik dalších populací, včetně Wistar a ​​Wistar Han potkanů a myší CD- 1®.

Namísto systému náhodného párování v bariérových produkčních místnostech jsou potkani IGS CD® produkovány pomocí účelového outbredního systému, který využívá blokové páření, aby se minimalizovala šance inbreedingu. Dalším klíčovým prvkem v řízení genetiky této outbrední populace je využití migrace. Každé tři roky zvířata ze zakladatelské kolonie migrují do produkční kolonie na rotačním základě, aby nahradily některá chovná zvířata (obr. 1). Každý rok se dostává dostatečný počet zvířat zpět do zakladatelské kolonie z produkčních kolonií, aby nahradila 5% zakladatelských chovných párů (obrázek 2). Tento systém migrace vpřed a zpět působí jako "genetické lepidlo", které propojuje všechny kolonie a zajišťuje, aby se nikdo příliš neodklonil od ostatních. Konečným výsledkem je, že všechny kolonie jsou geneticky sloučeny do jedné velké kolonie, která sídlí na různých místech po celém světě.

Genetické řízení inbredních kmenů

Na rozdíl od outbredních populací, kde je genetické řízení zaměřeno na zachování stávající genetické diverzity, je řízení inbredních kmenů zaměřeno na zachování autenticity a nejvyšší možné úrovně genetické jednotnosti. Inbrední kmeny jsou definovány jako zvířata vyprodukována minimálně 20 generacemi sourozeneckého páření, které se dají vystopovat k jedinému zakladatelskému páru. Výsledkem této struktury páření jsou zvířata, která jsou geneticky (podstatou) identická v rámci každého kmenu; tj. v podstatě bez genetických rozdílů, které by mohly zvýšit rozdíly v experimentálních výsledcích. Charles River používá systém pyramidového páření (viz obr. 3) spojený se zakladatelskou kolonií pro všechny inbrední kmeny. V tomto systému slouží zakladatelská kolonie jako genetický a zdravotní standard a produkuje chovná zvířata pro nejvyšší úrovně pyramidy v každé bariérové ​​místnosti. Tato nejvyšší úroveň, nukleová kolonie, se skládá z poměrně malého počtu sourozeneckých chovných párů s rodokmenem, které produkují chovná zvířata pro další úroveň pyramidy, a zároveň se samy doplňují. Ve větších koloniích se další úroveň nazývá expanzní kolonie a produkuje chovná zvířata pro produkční kolonii, která zase na oplátku produkuje zvířata, jež jsou komerčně dostupná. Kmeny, které jsou produkovány v menších počtech, nebudou mít expanzní kolonii, takže nukleová kolonie poskytne plemenný materiál přímo do úrovně produkční kolonie. Jednosměrný tok plemene v tomto systému pomáhá zajistit, že všechny genetické změny nebo mutace, které by s větší pravděpodobností nastaly ve větších expanzních nebo produkčních koloniích, než v menších nukleových koloniích, se "vymyjí" během jediné generace.

Stejně jako u všech populací mohou být prostřednictvím genetického driftu zavedeny trvalé genetické rozdíly. To však může být minimalizováno tak, že budeme udržovat nízké počty "samo-doplňujícího" obyvatelstva; menší populace má méně celkových mutací. Kromě toho, většina komerčních chovatelů produkuje vícero inbredních kmenů ve stejném zařízení, takže riziko genetické kontaminace jednoho kmene druhým kmenem (tj. mismating) také existuje. Zatímco tato možnost je minimalizována různými způsoby řízení (např. kmeny chované v jedné místnosti musí mít různé barvy srsti), musí být použito rutinní genetické testování, které potvrzuje, že nedošlo k mismatingu. Charles River využívá panel 32 markerů jednonukleotidového polymorfismu (SNP), který je schopen od sebe navzájem rozlišit všechny inbrední kmeny chované v našich různých zařízeních. Zvířata z každé úrovně produkční pyramidy z každé kolonie po celém světě jsou testována čtvrtletně, což zajišťuje genetickou autentičnost každého inbredního kmenu. Ačkoli je nahromadění genetických rozdílů skrze drift nevyhnutelné, Charles River efektivně řídí tento drift pomocí několika metod. Fenotypové změny mohou být známkou genetických změn a členové personálu bariérové místnosti jsou vyškoleni k odhalení a hlášení všech takových výskytů. Selektivní odstraňování fenotypové odchylky spolu spoužíváním programu řízení pyramidové kolonie, pomáhají zastavit šíření a jsou účinným nástrojem krátkodobého řízení. Podobně jako u outbredních populací, se program řízené migrace používá k udržení genetické jednotnosti mezi kmeny chovanými na více místech. Nukleové kolonie jsou nahrazovány každých tři až pět let(do 10 generací) migrací nového plemene ze zakladatelské kolonie do bariérových místností. Jako ochrana před jakoukoli rozsáhlou katastrofou postihující zakladatelské kolonie kmene severa l, Charles River kryokonzervoval dostatečný počet embryí pro mnohočetné, úplné nahrazení těchto populací.

Závěr

Jako globální společnost se zařízeními pro produkci hlodavců ve více lokalitách je Charles River jedinečně motivován k zachování genetické kvality ve všech kmenech, populacích a lokalitách. Výše popsaný program pomáhá zajistit, aby zvířata produkovaná v některém z našich celosvětových produkčních zařízení měla stejný genetický profil, jestliže jsou inbredním kmenem, nebo stejnou relativní úroveň genetické heterogenity, pokud jsou z outbrední populace.