랫드 및 마우스의 특징 정리 – 품종 별 특징

A. 실험용 랫드

1. 기원과 분류 분류학적으로 척추동물문(vertebrata), 포유동물강(mammalia) 설치목(rodentia) 쥐과(muridae) 쥐속(rattus) 쥐종(novegicus)에 속한다. 야생쥐들은 아시아가 기원이며 1700 년대 유럽까지 퍼졌다. 1800 년대 초기에 도박을 위해 포획한 시궁쥐들에서 흰 랫드가 발견되었고 그 후에 인위적으로 길들이고 증식시켜 현재 실험에 사용하는 실험용 랫드가 되었다. 연구용으로 랫드를 최초로 사용한 것은 1856 년에 부신적출의 효과를 알아보는 연구였다. 1890 년에서 1900 년 사이에 심리학 분야에서도 랫드를 실험동물로 사용하였고 그 이후에는 의학,생물학에 걸쳐 광범위하게 사용되고 있다. 현재 실험동물 가운데 마우스 다음으로 사용수가 많다. 랫드의 계통은 유전학적으로 근교계, 폐쇄군, 변이계로 분류할 수 있으나 마우스처럼 철저히 정리되어 있지 않고 군을 나누는 내용규정과 표시법은 국제규정이 없고 일반적으로 마우스에 준한다.

2. 사육관리 1) 행동 랫드는 잡식성 동물로 온화하고 다루기 쉬우며, 수컷 한마리가 군림하는 사회적 구조를 가지고 있다. 성장한 수컷의 경우 서열 싸움을 벌여 엉덩이에 상처가 나는 경우가 있다. 암컷은 분만 후 불안한 환경에서 발작적으로 또는 상처가 난 새끼를 식살하기도 한다. 포유능력 이상의 새끼를 낳았을 경우는 약한 새끼의 포유를 포기한다. 대리모를 쓸 경우 생후 2 일 내로 대리모 케이지의 냄새를 묻혀 다른 케이지의 새끼를 넣어주면 키운다. 행동실험적으로는 시카고의 Clark 대학에서 처음으로 랫드를 이용했다.

2) 주거 랫드의 케이지의 공간은 200g 정도의 랫드 한마리당 약 150cm2 의 면적이, 높이는 체중을 막론하고 17.8cm 가 되어야 한다. 환경습도와 온도는 마우스와 같다.

3) 급이,급수 영양학적 면에서 시중에 나와있는 랫드용 사료를 주는 것이 정상적인 성장과 번식 유지에 알맞다. 실험에 따라 사료를 선택해야할 경우가 있으며 자연사료에는 보리,옥수수, 귀리, 콩, 어분, 육류 성분이 들어간다 3.해부생리학적 특징 출생시에는 마우스처럼 털이 없고 눈과 귀가 막혀있는 상태이며 체중은 5-6g 정도이다

1)호흡기계 마우스와 마찬가지로 폐는 5 엽으로 구성되어 있다. 좌측 폐는 단엽이고 우측 폐는 4 엽(전엽,중엽,부엽,후엽)으로 나뉜다.

2)비뇨생식기계 요추 1 번 위치에 오른쪽 신장의 앞쪽 끝이 3 번 위치에 뒷쪽 끝이 닿는다. 왼쪽 신장은 오른쪽 신장보다 상대적으로 신장길이의 1/4-1/2 정도 뒤에 있다. 수컷은 기존의 정낭선,요도구선,포피선와 아울러 응고선이 있어 사정된 정자가 역류되지 않도록 하는 질전의 성분을 분비한다. 오른쪽 난소는 요추 4-5 번사이에 신장의 뒷쪽으로 있고 왼쪽 난소는 요추 5-6 번 사이에 신장 뒤로 있다.

3)소화기계 땀샘과 편도가 없다. 담낭이 없어 간에서 생산된 담즙이 총담관을 통해 십이지장으로 분비된다. 췌장이 다른 동물에 비해 고형기관화 되어있지 않고 십이지장에서 위비장대망막까지 퍼져있다. 간은

좌엽과 오른쪽의 외엽,중엽 후엽의 4 엽으로 크게 대분된다.

4)림프계 소화기계의 림프여포가 없다.

5)심혈관계 다른 포유류처럼 2방 2 심실의 심장을 가지고 있고 쥐의 체중에 따라 심장의 무게도 달라진다. (200-300g 0.9g, 450g 까지 1g) 수컷이 암컷보다 심장의 무게가 더 나간다. 심장에 흔히 os cordis 가 발견되며 3-5늑간에 위치한다.

6)골격계 유치가 없고 계속 영구치가 자라는 일생치형(불환치형: monophyodont)으로 생후 10 일이면 절치가 잇몸을 뚫고 나온다. 치식은 2(1003/1003)=16 이다. 척추식은 C7T13L6S4Cy27-31 이다. 음경골이 있다.

4. 번식 수컷은 생후 23-25 일령이면 정소하강이 시작되고, 이상적인 교미 가능시기는 60 일령경이다. 암컷은 6쌍의 유선을 가지고 있고, 질개구는 30-50 일령에 일어나며 이 때 최초의 발정이 온다. 임신은 60-70 일령부터 가능하지만 임신의 적기는 80 일령 전후이다. 연중번식이 가능한 랫드의 성주기는 마우스와 마찬가지로 4-5 일이며 임신기간은 21-23 일로 짧은 편이고 산자수는 계통에 따라 차이가 있으나 8-14 마리이며 포유기간은 21 일이다.

5. 주요연구(Use in Research)1) 실험동물로서의 랫드의 장점과 특성

① 영양이나 대사생리적 측면에서 다른 종류의 동물보다 사람과의 유사성이 높고 성장과정상의 영양적 요구 추측이 가능하며 수컷이 암컷보다 크고 암컥의 지방이 많고 근과 장기의 중량비가 사람과 비슷하다. ② 내분비,생식,비유의 측면에서 성주기의 판정이 마우스보다 편리하고 성주기도 보다 규칙적이며 성주기와 사람의월경주기와의 관계면에서 사람과 유사성이 높다. ③ 마우스와 비교하여, 짧은 성장기와 높은 번식능력이 거의 비슷하면서도 몸집이 랫드가 커서 외과적 수술조작이 보다 용이하고 시료채취에도 더 많은 양을 얻을 수 있따. ④ 기초종양학 연구에서 쓰여왔기 때문에 기초데이타가 확립되어있어 종양실험에 많이 쓰인다.

2) 통별 특성① 폐쇄군 * SD(Sprague-Dawley) 미국의 Sprague-Dawley 사에서 시판된 랫드에 기원을 가진 계통의 총칭으로 대표적인 랫드의 폐쇄군이다. 국내에서 랫드를 이용하는 실험에 가장 많이 쓰이며 주로 생물검정용, 영양시험용으로 사용된다. 성선자극호르몬에 감수성이 높다.

* Wistar 미국 필라델피아 Wistar 연구소가 기원이며 세계각지에 공급되어 실험에 쓰인다. 모색은 백색이고 온순하고 성성숙이 빠르고 산자수도 많으며 발육도 좋고 유선암의 발생율도 낮은 것으로 알려져 있다.

* Wistar-King 폐쇄군인 Wistar 계통에서 가장 근교세대수가 진행된 계통이며 King H.C.가 유래이며 백색의 중간크기이며 유방암 발생율도 낮다.

* Long-Evans 1915 년에 Long 과 Evans 가 야생의 시궁쥐 수컷과 알비노(albino) 암컷을 교배시켜 육성한 것으로 크기가 크고 다산종이며 어깨와 머리부분이 흑색이며 몸부분은 백색이기 때문에 hooded rat 이라고도 불린다. 신경독성물질에 민감하여 주로 신경독성 연구에 쓰인다.

② 근교계 * ACI

선천성 비뇨생식기계 기형 모델로 쓰임. 미국 Columbia 대에서 암연구의 목적으로 개발 배와 다리를 제외하고 모색이 검다.

* BN(Brown-Norway) 모색은 갈색이고 대개 31 주령 이상이면 endocardical D.가 7%정도 나타난다. 번식율이 낮다.

* BUF(Buffalo) H. Morris 의 Buffalo stock 에서 유래되었다. 모색은 백색이며 충치발생율이 낮다. 번식능은 중등도이다.

* LEW(Lewis) 알비노이고 Wistar 랫드에서 유래했다. 온순하고 번식율이 높다. 고지질 사료에 의해 비만이 유발된다. 자가면역성 심근염에 민감하다. 다발성 경화증, 자가면역질환의 모델로 많이 쓰임

* F344(Fischer 344) 1950 년에 NIH 에 도입되어 널리 알려진 계통이다. 형매교배에 의해 유지되어온 근교도가 높은 계통이다. 백색 소형으로 번식능력이 왕성하고 간장애와 비타민결핍증이 나타나기 쉬우며 질감염이 많다.

* SHR (Spontaneous Hypertensive Rat) 일본 Okamoto 에 의해 Wistar Kyoto 랫드에서 확립된 계통으로 알비노 중형이다. 선천적으로 생후 8-12 주가 지나면 고혈압이 나타나고 사람의 일차성 고혈압의 질환모델로 쓰인다.

③ 변이계 * nude상염색체 열성 유전(rnu). T-세포면역이 결핍되어 있고 흉선이 없다.

* Brattleboro상염색체 열성 유전. 요붕증의 모델동물이다

* Gunn상염색체 열성 유전. 황달, 신생아 황달의 모델 동물이다

6. 참고문헌 ① 동물실험법 제 1권 동물실험의 기본 정담사 1997 ② The Laboratory Rat vol I,II Baker H,J, Lindsey J.R., Weisbroth S.H. Academic Press ③ Guide for the Care and Use of Laboratory Animals (제 7판) 열린 출판사 1998 ④ 실험동물의학 이영순 서울대학교출판부 ⑤ Anatomy and Embryology of the Laboratory Rat R. Hebel, M.W. Stromberg BioMed Verlag Worthsee 1986 ⑥ Laboratory Animal Medicine J.G.Fox, B.J. Coben, F.M. Loew Academic Press 1984

B. 실험용 마우스

1. 기원과 분류 현재 실험용으로 사용되고 있는 마우스는 학명으로 Mus musculus 라고 하며 척추동물문(Vertebrata), 포유동물강(Mammalia), 설치목(Rodentia), 쥐과(Muridae), 생쥐속(Mus), 생쥐종(musculus)에 속하는 동물이다. 17세기에 처음으로 비교해부학 연구에 쓰였지만 본격적으로 생물학 연구에 쓰이게 된 것은 19

세기이며, 작고 경제적이며 관리가 용이하다는 점에서 주로 사육되어 오늘날 연구와 검정에 가장 많이 쓰이는 실험동물로 발전하였다. 1907 년에 Little 이 모색유전자에 관한 연구를 하였고 1910~1920년 사이에 근교계 마우스의 계통이 확립되었다. 많은 비근교계(non-inbred)와 백색 실험동물군, 그외 다수의 white and colored mouse 가 Swiss albino mouse 에 그 기원을 두고 있다.

연구용 마우스는 미생물학, 유전학의 두가지로 분류할 수 있다.

* 미생물학적 분류1) 무균마우스(germfree;axenic mice), 2) 노토바이오틱 마우스(defined flora;gnotobiotic mice), 3) 특정미생물부재 마우스(specific Pathogen-free mice), 4) 일반 마우스(conventional mice)의 네가지로 나눌 수 있고,

* 유전학적 분류1)무작위교배 마우스(random-bred mice), 2)근교계 마우스(inbred mice), 3)잡종 마우스(hybrid), 4)유전자 조작 마우스(genetical engineered mice)로 나눌 수 있다.

2. 사육관리 1)행동 마우스는 작고 다루기 쉬우며 온화하고 사회적이며 잡식성인 동물이다. 또한 마우스는 야행성이며, 수컷 한마리가 군림하는 체제로 안정적이지 않은 서열구조에서 싸움이 일어나기도 한다. 케이지 내에서의 서열구조로 인해 때때로 엉덩이와 등에 물린 상처가 나기도 한다. 수컷은 싸움을 방지하기 위해 분리사육해야 한다. 수컷 간의 투쟁은 거세나 후각파괴로 막을 수 있다. 암컷도 드물게 싸우는데 단지 그들의 둥지(nest)를 지키기 위해서 싸운다.

2)주거 마우스 케이지는 체중 25g 한마리에 바닥면이 적어도 97㎠, 새끼가 딸린 암컷은 바닥면이 390㎠는 되어야 하며, 높이는 13cm 가 되어야 한다. 깔짚은 종이, 대패밥, 소나무(soft pine), 사시나무(aspen), 삼목 대패밥(cedar wood shaving) 등이 쓰이며, 알레르기를 유발하지 않고 먼지가 없으며 식용이 아니고, 흡수성이 있고, 독성이 없으며, 병원체가 없어야 한다. 온도는 18 ~ 26℃이며 평균 22℃, 상대습도는 40 ~ 70% 사이에 들어야 한다. 마우스 케이지는 동물을 깨끗하게 유지하기 위해 적어도 일주일에 한 번은 교체하여야 한다.

3)급이,급수 마우스는 깨끗하고 영양가 있는 펠렛 설치류 사료를 자유급이(ad libitum)하고, 물은 자동급수시설이나 물병으로 급수한다. 하루에 체중 100g 당 사료 15g 과 물 15ml 를 먹는다.

3. 해부.생리학적 특징 마우스의 수명은 2 내지 3 년이며 계통별로 다르다. 번식기는 대략 7~18 개월이며 평균산자수는 6~10 마리이다.

1)호흡기계 마우스의 좌측 폐는 단엽이고, 우측 폐는 4 엽[전엽(superior), 중엽(middle), 후엽(inferior), 대정맥후엽(postcaval)]으로 나뉜다. 마우스는 약 3.5ml O2/gm/hr 로 코끼리보다 22배나 많은 산소를 소비한다.

2)비뇨기계 대부분의 근교계에서 수컷의 신장이 암컷보다 무거우며, 사구체(glomeruli)는 지름 74㎛로 작고 랫드의 약 반정도의 크기이다. 그러나 랫드보다 약 4.8배나 많은 사구체가 있어 사구체 그람당 랫드의

약 2배를 여과할 수 있다. 마우스는 매우 농축된 오줌을 한 번에 한,두방울 배설한다. 여기에는 다량의 단백질과 taurine, tryptophan. creatine 등이 함유되어 있어 다른 포유류와 구별되는 마우스의 특질이다.

3)위장계 마우스는 하악 타액선에서 한 종류의 타액[seromucoid]만 분비한다.

4)림프계 마우스 수컷의 비장은 암컷보다 약 50% 크다. 흉선은 성성숙 시기에 최대치에 도달하여 35 ~ 80일령 사이에 쇠퇴한다.

5)심혈관계 마우스의 혈압은 93~138 mmHg 이며 체온상승에 따라 혈압이 상승하는 일은 없다. 심장박동은 310~840beats/min 이다.

6)골격계 척추식(vertebral formula)은 C7-T13-L6-S4-C28 이지만 계통별로 특히 흉추와 요추에서 다를 수 있다. 마우스의 치아는 하나의 절치(incisor)와 세 개의 후구치(molar)로 구성된다. 절치는 계속 자라며 저작운동으로 마모된다. 치식은 2(3001/3001)이다.

4. 번식 수컷의 생식기는 정소, 정소상체, 정관, 정낭, 응고선, 전립선, 요도구선, 포피선, 음경 등으로 되어있다. 정낭 내에는 정자가 존재하지 않으며, 정낭 내측에 부착되어 있는 응고선으로부터의 분비물은 교미 후에 질내에서 정낭의 분비물을 응고시켜 질전(vaginal plug)을 형성한다. 암컷의 생식기는 난소, 난관, 자궁, 질 및 음핵선 등으로 되어있다. 마우스의 자궁은 중복자궁으로 1쌍이 존재한다. 암컷은 경흉부에 세 쌍, 서혜복강부에 두 쌍 등 5 쌍의 유선을 갖고 있다.

1)성성숙 난포발육은 3 주부터 시작되어 30 일에 성숙된다. 황체 호르몬은 암컷에서 에스트로겐과 프로게스테론, 수컷에서 안드로겐의 분비를 촉진한다. 프로락틴은 임신기간동안 비유와 난소발육을 촉진한다. 암컷에서는 질개구 때 질 상피의 각화와 같은 estrogen-dependent changes 가 빠르면 24~28 일에 일어날 수 있으며 수컷은 성성숙이 약간(약 2 주) 늦다.

2)발정주기 마우스는 다발정동물로 주기는 4~5 일이다. 질구의 개구와 외음부의 팽윤은 발정전기와 발정기의 징후이다. 나이가 들어감에 따라 발정주기가 일정치 않아지며, 계절과 영양적 요소, 그리고 유전적 배경도 발정주기에 영향을 준다. 마우스에서 후분만 발정은 출산 후 약 14~24 시간 정도 보인다. 배란이 매 발정마다 수반되지는 않으며 발정과 배란이 매번 일치하지는 않는다. 왜냐하면 발정은 gonadal hormones 에 영향을 받고 배란은 gonadotropin 의 영향을 받는다. 발정과 배란의 주기성은 광주기의 주간리듬(diurnal rhythm)의 지배를 받는다. 교배, 발정, 배란은 보통 야간에 일어난다. 발정은 그룹사육에 의해 동기화(synchronized)되며 짝지은 후 3 일에 대부분의 암컷이 발정이 일어나고 다음 발정은 11 일에 일어난다. 후분만 발정을 이용하지 않을 경우 발정주기는 이유 후 2~5 일 후에 시작된다.

3)교배 교배의 확인은 질전(vaginal plug)의 유무로 판정할 수 있다. 질전은 질구의 경부로부터 외음까지 차 있게 되며 24 시간까지 지속된다.

4)임신기간 임신기간은 통상 21 일이나 후분만발정, 수유 등의 이유로 인해 늘어날 수도 있다, 수유는 착상지연을 유도하기 때문이다. 계통에 따라 12~13 일가지 연장되기도 한다. 암컷의 가임기간은 통상 1 년

정도이며 산자수는 10~12 마리 정도이다.

5)생후 발달 및 이유 수유기간은 약 3 주(21 일;10 ~12g)이며, 유즙 생산량은 출산 후 12 일까지 증가하다가 그 이후부터는 감소한다. 하렘교배(harem mating)의 경우 새끼들은 여러 마리의 암컷으로부터 젖을 먹기도 한다. 새끼 식살(cannibalism)은 출산에 대한 불안,혼란에 의해 출산 후 적어도 이틀까지 나타날 수 있다. 마우스는 후각과 청각이 매우 발달하여 어떤 계통(특히 DBA/2)에서는 고음(ultrasonic sound)으로 인한 청원성 발작(audiogenic seizures)이 원인이 되기도 한다.

5. 주요연구(Use in Research) 1) 마우스의 장점 ① 유전적 특성을 달리하는 많은 계통이 만들어져 유지되고 있기 때문에 다종다양의 연구목적에 적합한 계통을 선택할 수 있다. ② 마우스의 생활주기나 수명이 다른 동물에 비해 짧기 때문에 세대교체를 빨리 진행할 수 있다. ③ 번식능력이 높다. ④ 사육관리가 용이하며 다수의 동물을 일시에 사용할 수 있어 통계적 결론을 얻어내는 것이 가능하다.

2)계통별 특성① 폐쇄군(Closed Colony)

*ICR발육이 양호하고, 온순하며 다루기가 용이하고 건강하여 번식이 잘 된다. 독성, 약리, 내분비, 영양실험, 각종 연구용으로 이용범위가 넓다.

*DDY발육이 양호, 온순하며 다루기 쉽고 건강하여 번식이 잘 된다. 독성, 약리, 내분비, 영양실험, 각종 실험용으로 이용범위가 넓다.

② 근교계(Inbred) *BALB/cA 만성폐렴에 잘 걸리는 특징이 있다. 방사선에 대한 감수성이 매우 높고 비교적 온순하며, 유방암 발생비율이 낮다. 평균수명 ♂;648 일, ♀;816 일

*C57BL/6N 생후 18 주령 이후에도 암 발생율이 낮고, 보체활성이 높다. 알콜, 몰핀 기호성이 높고, 눈 이상(12%)과 뇌수종(1%) 발생율이 높으며, 탈모가 잘 생긴다. 평균수명 ♂;827 일, ♀;818 일

*C3H/HeN 유방암인자(MTF)가 양성으로 유방암 발생율이 높고, 간암 발생율과 보체활성이 높다. 암컷에서 심장에 석회침착이 많고, 혈압이 71mmHg 로 낮다. 탈모가 잘 생긴다. Chloroform, 테레빈유 증기에 의한 수컷의 폐사율이 높다.

*DBA/2N 청원성 발작을 일으키기 쉽고 chloroform,Ethyleoncide 에 의한 사망율이 높다. 저혈압. 심장에 석회 침착 고율. 생산효율이 낮아 번식이 잘 안된다.

*CBA/N 비교적 혈압이 높고, 비타민 K 부족으로 감수성이 높다. 수컷의 간암 발생율이 높은 것이 특징이다.

③ 교잡군(hybrid) *BDF1(C57BL/6 x DBA/2)

*CDF1(CBA/N x DBA/2)

*C3F1(C57BL/6 x C3H/HeN)환경 적응성이 높고, 근교계로부터 피부, 암세포 등의 이식이 가능하다. 제암제 스크리닝에 적당하며, 개체간 체중의 차이가 적은 것이 특징이다. 장기독성, 특히 발암성 실험에 널리 사용된다.

④돌연변이계(Mutant) *BALB/c-nu 전신무모증과 흉선이 없고 흉선 유래 림프구가 결여되어 있고, 발암물질에 의한 발암성이 높으며 각종 종양이식이 가능하다. 면역학 및 발암연구에 많이 사용된다.

*C,B-17SCID배리어 이상의 시설에서만 유지가 가능하고, 복합적이며 매우 심한 면역부전증을 보인다. 각종 종양이식이 가능하며 암, 면역연구에 이용된다.

6. 참고문헌 1) 실험동물의학 이영순 서울대학교출판부 1994. 2) The Mouse in Biomedical Research vol.4 ; Henry L. Foster, J. David Small, James G. Fox ; Academic press 1982. 4) Laboratory Animal Medicine ;James G. Fox, Bennet J. Coben, Franklin M. Loew ; Academic press 1984.