Farelere Verdiğimiz 10 İnsan Hastalığı

Günümüzde en çok kullanılan araştırma (deney) hayvanlarından biri olan fareler sayesinde bilim insanları insan sağlıgıyla ilgili her türlü yararlı bilgiyi edinebilirler. Farelere enjeksiyon yapmak, enfekte ve disekte etmek gibi uygulamalar, bu bilgilere ulaşmayı mümkün kılmaktadır. Ancak, bir çok hastalık, sadece insanları etkiliyor. Bu hastalıkları fareler üzerinde inceleyebilmek için bilim insanlarının yaratıcı olmaları gerekiyor. Hormon tedavisi, doku nakilleri veya gen transferi gibi yaratıcı teknikleri kullanarak, bilim insanları, fareleri biraz daha “insallaştırıyorlar” ve insanlara has olan bir çok hastalık üzerinde çalışma imkanı bulunabiliyor.

Bazen, karmaşık psikolojik bozukluklarda olduğu gibi, farelerde hastalık modeli oluşturmak düşünüldüğünden daha (tahmin edilemeyecek düzeyde) zor. Bu yüzden de bilim insanlarının bütün hastalığı taklit etmektense, sadece birkaç semptomu taklit etmekle yetinmesi gerekebiliyor.

1)Belsoğukluğu

Cinsel yol ile bulaşan ve Neisseria gonorrhoeae adındaki bir bakterinin neden olduğu belsoğukluğu, doğada sadece insanlara bulaşır. Bu yüzden de laboratuvar ortamında  bu hastalığı farelerde modellemek isteyen bilim insanları, ilk olarak N. gonorrhoeae‘yi şırınga yardımı ile farelerin vajinalarına enjekte etmeyi denediler. Ancak, bu bakteriler farelerde yaşamaktan hoşlanmadıkları için enfeksiyon oluşmadı.

Bu soruna çözüm aranırken, östrus döngüsü sırasında fare vajinasında, N. gonorrhoeae‘nın gelişip hastalığa sebep olabilmesi için gerekli olan koşulların sağlandığı çok kısa bir zaman dilimi keşfedildi. Normalde bu zaman dilimi çok kısa olduğu için, bilim insanları, farelere dişi cinsiyet hormonu olan 17β-östradiol uygulayarak bu zaman dilimini uzatmayı başardılar. Bu hormonun uygulanması, östrojen artışına sebep olduğu için, fare vajinasının N. gonorrhoeae‘yi günlerce barındırabilmesini sağladı.

Bu farelerle bilim insanları yeni ilaçları test edebilme imkanı buldular. Bununla birlikte, neden bir enfeksiyonun genellikle uzun vadeli bağışıklık sağlamadığı gerçeğini de inceleyebilme şansını elde ettiler. İnsanlarda olduğu gibi, fareler de ilk enfeksiyonu atlattıktan sonra tekrar enfekte olabilmektedirler.

Belsoğukluğu hastalığına yakalanan insanlarda çoğu zaman eş zamanlı olarak klamidya enfeksiyonu bulunur. Bu ikili enfeksiyon oluşumunu inceleyebilmek için bilim insanları çift CYBH (cinsel yolla bulaşan hastalıklar) farelerini ürettiler. Bu modelleri oluşturmak için farelerin vajinalarına iki tür bakteri enjekte edilir: C. muridarum ve ardından N. gonorrhoeae.

2)Alzheimer Hastalığı

Alzheimer Hastalığı, beyni etkileyen ve ciddi hafıza kaybına sebep olabilen dejeneratif bir hastalıktır. Hastaların beyinlerinde, APP adlı proteinin parçalarından meydana gelen ve plak (plaques) adı verilen birçok protein kümesi oluşmaya başlar.

Bu hastalığa sahip olan fareleri üretmenin birçok yolu vardır. Örneğin, mutant APP formunu kullanarak üretilen farelerde, Alzheimer Hastalığı’nın geliştiği görülmüştür. Bu mutant APP formu ilk olarak iki İsveçli ailede tespit edilmiştir. Bu ailelerde, hastalar hala ellili yaşlarında iken, mutant APP’den dolayı Alzheimer alışılmadık bir şekilde erken başladığı kaydedilmiştir.

Alzheimer Hastalığı’nın modellendiği birçok farede hafıza kaybı gerçekleşir. Bu hafıza kaybının boyutunu ölçebilmek için kullanılan iki test vardır: Morris su labirenti (Morris Water Maze) ve yeni nesne tanıma testi (Novel Object Recognition Test).

İlk testte, fareler bir havuzun içine bırakılır. Bu havuzun içine yerleştirilmiş, suyun altında kalan gizli bir platform bulunur. Fareler sudan hoşlanmadıkları için suya daha az temas edecekleri bir yer arayışına girerler. Bu platformu bulduktan sonra, fareler sudan çıkartılır. Belirli bir süre sonra, yine aynı havuza bırakılırlar.

Normal olan fareler, önceden platformun yerini bildikleri için hatırlayıp hızlı bir şekilde platformu bulabilirken, Alzheimer olan fareler, platformu aynı hızda bulamazlar ve aramaya devam ederler. İkinci testte ise, fareye iki nesne sunulur: biri daha önce gördüğü ve diğer ise görmediği. Normal fareler yeni nesneyi keşfetmek için daha fazla zaman harcar ancak Alzheimer olan fareler iki nesne arasındaki farkı hatırlayamazlar.

3)Kızamık

Kızamık hastalığına bir virüs sebep olur. Çoğu durumda ateşe ve ciltte lekelere yol açar. Nadir durumlarda ise beyin hasarına veya ölüme dahi sebep olabilir. Normal şartlar altında, bu virüs sadece insanları enfekte eder. Bunun nedeni ise virüsün bağlanıp hücre içine girmesini sağlayan ve insanda bulunan iki reseptördür: CD46 veya CD150.
Bilim insanları, fareleri kızamığa duyarlı hale getirebilmek için bu reseptörlerin genlerini farelere aktardılar.

Enfeksiyondan sonra, bu kızamık farelerinden bazıları şiddetli reaksiyonlar geliştirdiği gözlemlenmiştir. Örneğin 2006 tarihli bir makalede, bilim insanları, insan CD150 reseptörünü farelere transformasyonunu gerçekleştirmeyi başardılar. Daha sonra, bu farelere kızamığı iki farklı yoldan bulaştırdılar: virüsü burun deliklerine veya doğrudan beyinlerine enjekte ederek. Enfeksiyondan sonra farelerin çoğu hızla reaksiyon vermeye başladı. Hareketlerinin kontrolünü kaybettiler, nöbetler geliştirdiler ve öldüler. Verilen reaksiyonların ciddiyetinin farelerin yaşına bağlı olduğu bulundu. Yeni doğan farelerde ölüm oranı %100 iken, dört haftalık farelerde ölüm oranı %0 idi. İki ve üç haftalık farelerde ölüm oranı ise diğer iki grubun arasındaydı.

4)HIV (Human Immunodeficiency Virus: İnsan Bağışıklık Yetmezliği Virüsü)

Her yıl milyonlarca kişiye bulaşan HIV, bugüne kadar, yaklaşık 39 milyon insanın ölümüne sebep oldu. HIV enfeksiyonu, insan hücrelerinden bulunan özel reseptörler tarafından virüsün hücre içine alınması ile başlar. Bu reseptörün benzeri, evrimsel açıdan “yakın kuzenlerimiz” olan şempanzelerde de bulunmaktadır.

Dolayısıyla, HIV şempanzelere de bulaşabilmektedir. Ancak, fareler çok daha uzaktan akrabalarımız oldukları için, normal şartlar altında farelere HIV bulaştırmak mümkün değildir. Ne de olsa, fareler ve primatların birbirinden ayrılmasının üzerinden geçen 90 milyon yılda, bu reseptörlerin içeriği de değişmiştir. Bu virüsü laboratuvar ortamında fareler üstünde çalışabilmek için bilim insanları yaratıcı çözümler bulmak zorunda kaldılar.

Bunlardan ilki, başarılı bir şekilde HIV enfeksiyonunu başlatabilmek için, en az üç insan genini farelere aktarmaktır. İkinci ve daha popüler olan çözüm yolu ve ise, insan bağışıklık sistemlerine sahip fareler oluşturmaktır. Bunu başarılı bir şekilde gerçekleştirebilmek için ise insandan fareye bazı hücrelerin enjekte edilir ve genellikle, bu prosedür bazı ameliyatları da içerir. Bu tür farelere “insanlaştırılmış fareler” denir.

Örneğin, BLT adı verilen ve ismini  Bacon-Lettuce-Tomato (pastırma-marul-domates) sandviçinden alan insanlaştırılmış fare grubu, sandviçin aksine, kemik iliğinden, karaciğerden ve timustan alınan insan hücrelerinin karışımının, farelere nakledilmesi ile elde edilir. Bir BLT fare oluşturmak için bilim insanları, bağışıklık sistemi bozuk olan bir fareyle başlarlar.

Daha sonra insan fetüslerinden elde edilen karaciğer ve timus parçalarını alıp farenin böbreğinin altına naklederler. Ayrıca insan kemik iliğinden elde edilen bazı kök hücreleri de enjekte ederler. Bundan sonra fare BLT adı verilen fareler elde edilmiş olur. Bu fareler, insan bağışıklık hücrelerine sahiptir ve HIV’e yüzde 100 duyarlıdırlar. İnsanlaştırılmış fareler, vajina veya anüs yoluyla ya da doğrudan damarlarına bir iğne ile HIV ile enfekte edilebilir.

5)Sivilce

Akne, insanlarda ortaya çıkan ve sivilce oluşumuna neden olan bir cilt problemidir. Normal şartlarda, zararsız ve insan cildinin florasında da bulunan Propionibacterium acnes adı verilen bir bakteri, cilt porlarının derinliklerindeki oksijen seviyesinin düşmesi ile beraber, cilde saldırmaya başlar. Tehdidi algılayan bağışıklık sistemi ise çoğalmasına ve bakteriyel bir enfeksiyona dönüşmesini engellemeye çalışır. Bu savaşın sonucunda ise ciltte büyüklü küçüklü içi irin dolu şişlikler meydana gelir.

Akne, ne yakın kuzenlerimiz olan şempanzelerde ne de farelerde ortaya çıkar. Bu yüzden, akne oluşumunu inceleyebilmek için bilim insanları, farelere P. acnes adı verilen bu bakteriyi, iki yol ile enjekte etmişlerdir: kulak ya da sırt. Ancak, belsoğukluğuna sebep olan bakteri gibi, P. acnes de fare vücudunda barınabilecek bir ortam bulamaz. Bu enfeksiyonu farelerde başlatabilmek için, bir grup bilim insanı, farelere insan hücrelerini enjekte etmeyi planlar.

İnsan hücreleri, teflon silindirlerin içine açılmış olan deliklerlere yerleştirilir ve bu silindirler, farelerin karınlarına ameliyat ile nakledilir. Bir hafta sonra ise farelere P. acnes enjekte edilir. Farelerin vücudunda hayatta kalmayı başaran insan hücreleri, P. acnes’in de farelerin vücudunda barınmasını sağlamış olur. Bu enfeksiyona yanıt olarak, farelerin vücutları bir bağışıklık tepkisi oluşturur. Bu prosedür ile birlikte farelere başarılı bir şekilde insanların yüzünde oluşan akneye benzer sivilce oluşumları elde edilmiştir.

6)Obsesif-Kompulsif Bozukluk (OKB)

Obsesif-kompulsif bozukluğu (OKB) olan kişiler, aynı eylemi tekrar tekrar gerçekleştirme dürtüsünü hissederler. Kimileri evden çıkarlarken kapıyı birkaç kere kilitleme ihtiyacı hissederken, kimileri ise ellerini günde yüzlerce kez yıkarlar. Ancak farelerde el yıkama gibi bir davranış bulunmamaktadır. Bunun yerine, kendilerini pençeleriyle ovuşturdukları “tımar” adı verilen eşdeğer bir davranışta bulunurlar. Farelerde aşırı tımar genellikle insan OKB’si için bir model olarak kullanılır.

Pek çok OKB vakasında, beynin orbitofrontal korteks adı verilen bölgesinde anormal derecede aktivite olduğu fark edilmiştir. Farelerde OKB’yi yeniden oluşturmak için bir grup bilim insanı, orbitofrontal korteksi ışık atımı ile uyarmaya karar verdiler. İlk olarak, tek ışık atımını denediler ancak OKB gelişmesi için yeterli olmadı. Bunun üzerine, birçok ışık atımını günlere yayarak uyguladıkları zaman, farelerin kendilerini daha sık temizlemeye ve tımarlamaya başladıklarını fark ettiler.

Bir sonraki adımda ise, OKB’li insanlarda işe yaradığı gösterilmiş olan kimyasal bir tedavi, bu fare modeli üzerinde denendi ve farelerin tedaviye yanıt verdiği keşfedildi. Bilim insanları ayrıca bazı genleri mutasyona uğratarak OKB’li fareler elde etmeyi başardılar. Bu mutantların bazılarında tımar hareketinin yoğunlaştığı gözlemlendi. Örneğin, Hoxb8-mutant farelerinde tımar davranışı o kadar güçlüdür ki, kendi tüylerini de koparırlar. Aynı şekilde, Sapap3-mutantları, yaralar açana kadar yüzlerini tekrar tekrar ovalar.

7)Alkolizm

Alkolik olan insanların, alkole duydukları yoğun istek, fiziksel olarak alkole bağımlı olmalarına sebep olur. Bazı insanlarda ise alkolizm genetiktir, aileden gelir. İnsanlarda olduğu gibi, farelerde de “alkol sevgisi”nin genetik olduğu görünmektedir. Bazı fare türleri çok az alkol tüketirken, diğer türlerin daha çok içtiği gözlemlenmiştir. Fareler alkolü insanlardan beş kat daha hızlı metabolize ettikleri için sarhoş olma ihtimalleri çok düşüktür.

Bu yüzden de laboratuvar ortamında fareler üzerinde alkolizmi çalışabilmek için alkolü seven ve gönüllü olarak tonlarca alkol tüketen fareler yetiştirmek gerekmektedir. Bunu başarabilmek için bilim insanları her nesilden en çok alkol tüketen fareleri seçip kendi aralarında çiftleştirmektedirler. Bu seçici çiftleştirmeyi birkaç nesil devam ettirdikten sonra, elde edilen son nesil, yüksek alkol tercih eden (high-alcohol-preferring – HAP) farelerden oluşmaktadır.

Bu HAP farelerine su ve alkol aynı anda verildiğinde, insanlarda da olduğu gibi isteğe bağlı şekilde alkol içmeyi tercih ettikleri ve bazılarının sarhoş olabildikleri saptanmıştır. Saatlerce içtikten sonra, farelerin kanındaki alkol miktarı, yasal araba sürme sınırının üç katına kadar yükselebilir. Sarhoş olan farelerin hareketleri koordinasyondan uzak, ve bu yüzden de bir denge aletinde yürümek için mücadele etmeleri gerekmektedir.

8)Huntington Hastalığı

Huntington hastalığı insaların sinir sistemini etkileyerek yavaş yavaş hareketlerini kontrol etme ve net düşünme yeteneklerini kaybetmelerine sebep olur.  Huntingtin geni, insanlarda 4.kromozomda yer alır ve bu gendeki mutasyonlar sebebiyle bu hastalık ortaya çıkar. Bu sebeple Huntington hastalığı genetiktir. Huntingtin geninin normal versiyonları, üç harfli bir DNA dizisi olan CAG’nin birden fazla tekrarını içerir. Genin hastalığa neden olan versiyonlarında bu tekrarlar kontrolden çıkar ve mutant Huntingtin geninde 35’ten fazla CAG tekrarı bulunmaktadır.

Bir deneyde, bilim adamları, fareler genomuna, insan huntingtin geninin 72 CAG tekrarı içeren mutant bir formunu tanıttılar. Bu 72 tekrarlı geni taşıyan bir farenin motor fonksiyonlarında problemler yaşadığı saptandı. Aynı fare, kiriş geçiş testini (beam-crossing test) tamamlayamadı. Kuyruğundan sallandıktan sonra yere geri bırakıldığında, ayaklarını basacak sağlam bir yer bulmakta da zorlandığı keşfedildi.

Aynı zamanda daireler çizerek yürüme eğilimindeydi. Yapılan otopsi sonucunda, tıpkı Huntington hastalarının beyinlerinde olduğu gibi farenin beyninin de dejenere olmaya başladığı keşfedildi. Bilim insanları, Huntington faresinin birçok başka türünü de geliştirmeyi başardılar. Bazılar türleri sadece mutant genin parçalarını içerirken, bazıları mutant genin yalnızca belirli beyin hücrelerinde salgılanmasını sağlamaktadır.

9)Otizm

Genellikle, otizmli insanlar, diğer insanlar ile etkileşimde bulunmakta zorlanırlar. Bazılarında buna ek olarak, ellerini çırpma gibi tekrarlayan davranışlar da bulunmaktadır. Birçok farklı gen otizm riskine katkıda bulunmaktadır. Örneğin, Cntnap2 adlı gen, erken beyin gelişiminde rol oynar. Bir deneyde, bilim insanları farelerde Cntnap2 genini devre dışı bırakmayı başardılar. Bunun sonucunda, bazı beyin hücrelerinin gitmeleri gereken yere gidemedikleri ve interneuron adı verilen hücrelerin beyindeki seviyelerinde düşme meydana geldiği saptandı.

Bir başka deyişle, bu mutantlarda, beyin gelişiminin normalden daha farklı olduğu keşfedilmiştir.
Bu gelişimsel ve biyolojik farklılıklar dışında, Cntnap2 geni olmayan farelerin davranışlarının da normalden farklı olduğu gözlemlenmiştir. Bu farklılıkların çoğu, insan otizminin semptomlarıyla büyük bir benzerlik göstermekteydi. Örneğin, yavru mutantlar fareler, diğer normal farelere göre iletişim kurma sıklıklarının daha az olmasının yanı sıra, annelerinden ayrıldıklarında daha az “yardım çağırısı” yaptıkları gözlemlenmiştir.

Cntnap2 geni olmayan yetişkin mutant farelerde ise  normal farelere göre daha az sosyal oldukları gösterilmiştir. Normal farelere boş bir tüp ve bir fare içeren bir tüp sunulduğunda, genellikle fareyi içeren tüpü araştırmayı tercih ederlerken, Cntnap2 geni olmayan farelerin böyle bir tercih göstermedikleri ortaya çıkmıştır. Otizmi olan birçok insan gibi, Cntnap2 geni olmayan fareler de tekrarlayan davranışlarda bulunduğu keşfedilmiştir.

Örneğin, bulundukları yeri tekrar tekrar eşelikleri ve kendilerini tımarladıkları hatta bu tekrarın kendilerini sakatlanma riskiyle karşı karşıya getirecek kadar sıklıklıkta olduğu da gözlemlenmiştir. Bu fareler ayrıca otizmli insanlar gibi risperidon ilacına da yanıt verdikleri, hatta  ilacı alan farelerin tekrarlayan davranışlarının kontrol altına alındığı ancak sosyal sorunların devam ettiği kanıtlanmıştır.

10)Şizofreni

Şizofreni mental bir hastalıktır. Halüsinasyonlar ve sanrılar, en yaygın ve bilinen semptomlarıdır. Daha az yaygın belirtiler arasında ise ilgisizlik ve öğrenme sorunları bulunmaktadır. Şizofreni hastalarında, bir tür beyin hücresi olan MD nöronun daha az aktif olduğu saptanmıştır.
Farelerdeki bu zihinsel farklılığı yeniden yaratmak için nöronlar kimyasal olarak bloke edilmiştir. Sonrasında ise farelerin davranışları incelendiğinde, yiyecek bulmak için yeni kurallar dizisine alışmakta zorlandıkları keşfedilmiştir.

Bu zorluk, şizofreni hastalarının sahip olduğu türden öğrenme problemlerine benzetilebilir. Şizofreni aynı zamanda genetik bir hastalıktır. Pek çok farklı genin rol oynadığı düşünülmektedir. İskoç bir ailede, DISC1 adlı bir gendeki mutasyon şizofreni olma riskini artırdığı tahmin edilmektedir. Bu bağlantıyı incelemek için bilim insanları, farelere mutant bir DISC1 formu yerleştirdiler. Mutant DISC1’e sahip farelerde beynin farklı bir şekilde geliştiği gözlemlenmiştir.

Yan ventriküller olarak adlandırılan bir dizi yapı, özellikle sol tarafta, normalden daha büyük olduğu fark edilmiştir. Bu tür beyin farklılıkları şizofreni hastalarında da görülmektedir. Mutant gene sahip fareler başka semptomlar da göstermiştir. Bazen daha hiperaktif oldukları gözlemlenmiştir. Örneğin, açık bir alana bırakıldıkları zaman, normal farelere göre daha fazla hareket ettikleri saptanmıştır. Ancak, diğer zamanlarda, farelerin daha kayıtsız olduğu fark edilmiştir.

Örneğin, bir su kabına bırakıldıklarında, normal farelere göre daha az mücadele ettikleri keşfedilmiştir. Bu bahsedilen davranış farklılıklarının, şizofreni ile bir ilişkisi olduğundan şüphelenilmektedir. Sesler duymak veya kendilerinin ünlü bir tarihsel figür olduğuna inanmak gibi şizofrenin en yaygın septomplarının, fareler üzerinde modellenmesi bir hali zordur. Varsayımsal olarak, şizofrenik bir fare, kendisinin Elvis olduğuna inanmaya başlasa bile, bilim insanlarına bundan söz edemeyeceği için, bu semptomları gösterecek şekilde tasarlanıp tasarlanmayacağı belirsizdir. Bunun için bir insan beynine ihtiyacımız olabilir.

Hande Özge Aydoğan