(研究生)实验动物与动物实验-第一章-第四章

医学实验动物学授课者：李萍电话：688242教学内容一、绪论二、实验动物遗传学三、实验动物微生物和寄生虫学四、实验动物环境学五、实验动物营养学六、常用的实验动物七、人类疾病的动物模型八、实验动物的选择与应用九、实验动物福利和伦理学

教材：自编；《医学实验动物学》参考书：

（1）蒋健敏；《实用医学实验动物学》（2）杨萍；《简明实验动物学》（3）孙敬方：《实验动物方法学》

文献杂志：

（1）《中国实验动物学报》（2）《中国实验动物杂志》（3）《中国比较医学杂志》第一章绪论第一节实验动物学的基本概念和内容第二节在生命科学研究中的意义和作用第三节发展概况第四节政策与法规第一节实验动物学的基本概念和内容一、基本概念1、实验动物：指经过人工培育和人工改造，对其携带的微生物、遗传、营养、环境因子实行控制，来源清楚，遗传背景明确；用于科学研究、教学、检定以及其他科学实验的动物。2、实验用动物：泛指一切用于实验的动物，包括要求严格的实验动物、经济动物、野生动物、观赏动物等。实验动物：大鼠、小鼠、豚鼠、兔子、犬等。经济动物：马、牛、羊、猪、鸡、鸭等。观赏动物：家犬、家猫等野生动物：鼠、兔、蛇等3、实验动物学是以生命科学为主体的新兴的、独立的综合性基础学科，是研究实验动物和动物实验的科学（1）实验动物：是以实验动物作为研究对象，专门研究动物的生物学特性、遗传育种、保种、培育新品种、品系、疾病控制、营养需要等方面的问题，以达到提供标准化实验动物的目的。（2）动物实验：是用标准的实验动物进行各种科学实验，研究动物在实验过程中的机能反映，形态组织变化，研究在动物发生疾病以及人为制作病理模型中观察疾病发生、发展的规律和其他有关技术问题。二、实验动物学的基本内容：1、实验动物遗传育种学2、实验动物微生物与寄生虫学3、实验动物环境生态学4、实验动物营养学5、实验动物医学6、比较医学7、动物试验方法学第二节实验动物学在医学

研究中的意义和作用一、意义1、是医学研究的重要条件进行医学生物学实验研究的条件可概括为AEIR四个基本要素。所谓A是指Animal（动物），E是指Equipment（设备），I是指Information（信息），R是指Reagent(试剂）。2、医学发展与动物实验的关系回顾医学发展史，不难发现，许多具有里程碑式成果，往往与实验动物及动物实验密切相关。许多诺贝尔医学奖中直接涉及动物实验；如传染病病原发现、预防接种、抗生素、脏器移植、肿瘤的病毒病原等。无胸腺裸鼠为人类恶性肿瘤异种移植及体外研究带来了生机。转基因动物为创造动物新品系及模型动物提供了最新手段。如超级小鼠。各种模型动物、为人类疾病研究提供了新材料。无菌动物的培育及应用为微生态学研究带来了崭新局面。二、实验动物在生物医学等各领域中应用1、医学生物学方面—实验动物是人类的替难者。2、制药工业方面3、生物制品方面4、农业方面5、轻工业与食品工业方面；6、宇航和军事科学方面第三节实验动物学发展概况实验动物科学是随着生物医学的发展逐步形成并发展的，同时，它作为一门基础学科，又反过来对生物医学以及整个生命科学的发展起了很大的推动作用。在古代已经启蒙。一、实验动物科学的发展简史实验动物科学实际是从16世纪开始的，19世纪50年代以后得到了快速的发展，并形成为一门独立的学科。1813年，Bernard用动物研究疾病，创立了“实验医学”。1889年，Nuttall和thierfelder成功培育出无菌豚鼠，解决了生物在无菌条件下能否生存的问题。1928年，Reyniers等使金属隔离器问世，1957年Trexler又研制出塑料薄膜隔离器，推动了无菌动物工作的发展.几项突破性重大研究成果；1、1909年，美国杰克逊研究所所长Little培育出第1株DBA近交系小鼠，从而揭开了现代实验动物科学的序幕。目前至少有小鼠近交系250个，大鼠近交系111个，地鼠近交系45个，豚鼠近交系14个，家兔近交系20个，鸡近交系40个21962-1969年代初，英国医师Grist发现并培育出裸鼠，使肿瘤学、免疫学的研究有突破性的进展。3、1984年，美国有人将大鼠生长激素基因导人小鼠，利用基因工程培育出“超级小鼠”，开辟了基因工程在实验动物研究开发中的新途径。4、1980年美国Jackson实验室的GeorgeSnell因发现动物的异体组织和脏器移植中产生排异反应的控制基因—组织相容性基因，获得了诺贝尔医学奖1982年，美国科学家将人的生长素基因和牛的生长素基因分别注射到小白鼠的受精卵中，得到了体型巨大的“超级小鼠”。人们还用同样的方法，陆续获得自然界中从来就不曾有过的“超级绵羊”和“超级鱼”等动物。（图中左侧为超级小鼠，右侧为一般小鼠）二、我国实验动物科学发展概况我国起步较晚，但发展快。始于20世纪初。1918年北平中央防疫处开始繁殖小鼠，随后有学者从国外引进小鼠；50年代，为控制消灭传染病，在全国六大生物制品所和大的科研机构和高等医学院校陆续建立了实验动物繁殖室；1956年天津医学院培育出津白1、津白2、615近交系小鼠；在1978年后，我国的实验动物科学才真正发展起来。1982年召开第一届全国实验动物工作会议，把发展实验动物科学纳入国家计划。1987年中国实验动物学会成立，同年加入国际实验动物科学委员会，成为ICLAS的成员国。1988年“实验动物管理条例”由国家科委发布施行。卫生部颁布了“医学实验动物管理条例实施细则”。1994年国家技术监督局发布了7个中华人民共和国国家标准。200重新进行修订。三、21世纪医学实验动物科学的发展趋势20世纪50年代后,美国首次提出实验动物标准化20世纪50年代后，伴随着生命科学技术的进步，促进和形成了实验动物科学的发展。1956年联合国教科文组织与医疗科学国际组织和国际生命科学会联合成立了国际实验动物委员会（简称ICLAS)20世纪70年代，由技术上的严格要求转向人道主义的管理，提倡减少、替代和优化原则，即3R原则。

减少：Reduction

替代：

Replacement

优化：Refinement1、实验动物科学与分子生物学技术2、实验动物资源没开发与利用3、3R研究4、实验动物工作管理体系的完善5、培育中国实验动物市场国家药监局的相关负责人表示，中国将出台和动物实验相关的修订版法规，改善实验动物的生存条件，包括尽量减少用于实验的动物数量、减轻疼痛以及加强实验后护理工作，并将以“3R原则”为指导。第四节实验动物学的政策与法规一、国外实验动物学的政策法规1、国际组织：1956年联合国创立了国际实验动物委员会（ICLA），1979年改组成国际实验动物科学委员会（ICLAS）.2、国外有关法规（1）有关动物保护和福利的实验动物管理法规；（2）有关实验动物饲养和使用的管理法规；（3）其他法律法规；（二）国内实验动物学的政策与法规1、国家管理机构；由国家科技部统一管理，各省、自治区、直辖市科学技术委员会分别主管各地区工作。2、国家管理法规

A.实验动物管理条例（1988）；B.实验动物质量管理办法（1997）；C.实验动物许可证管理办法（2001）；3、部门规章和办法；4、地方管理法规:浙江省医学实验动物管理办法，浙江省实验动物管理实施办法等。思考题：1、什么是实验动物，2、什么是实验动物学？3、什么是3R原则？4、什么是AEIR基本要素？5、简述实验动物学在生命科学研究中的意义和作用？第二章

实验动物的遗传学50年代，Russel和Bruch提出了

动物基因型、表现型和演出型关系模式：动物的基因型（染色体、基因、DNA及构象）在发育环境下，产生某种表现型（酶、蛋白质、动物形态与新陈代谢特征），而这种表现型在周围环境的作用下则导致不同的演出型（即生物反应现象）的产生。即现实生活着的动物实际上是遗传与环境相互作用的结果。

发育环境周围环境基因型表现型演出型根据Russel和Bruch理论提出了实验动物标准化问题。制定了实验动物标准化的遗传学控制、微生物学控制、营养控制和环境控制四项基本措施。实验动物遗传学质量控制是实验动物标准化的主要内容之一。实验动物标准是指在科研的动物实验中，对实验动物和实验人员规定的统一技术标准和要求。包括实验动物质量标准、动物实验条件标准和动物实验操作规范。实验动物标准化关系到实验结果的准确性、可靠性及重复性。标准的动物实验条件提供了良好的实验环境和动物营养条件，减少了对实验结果的影响。规范的实验操作可减少人为因素的干扰，保证了动物质量和实验条件的有效性。国家1994年以来颁布和修改了一系列有关实验动物的若干国家标准（实验动物遗传质量、微生物质量、环境质量标准等）。第一节实验动物遗传学分类一、实验动物品种(stock)

、品系(strain)概念1、种（species)种是生物学分类的基本单位，是指可以相互交配，其后代有繁殖能力的一群指定范围的生物。2、品种、品系品种、品系是实验动物的基本分类单位，是由一个种继续分类得到，但并非动物学上的分类。品种:一般指杂交群动物。如新西兰兔、青紫蓝兔、日本大耳白兔、SD大鼠、ICR小鼠等。品系：通常指基因高度纯合的动物，如近交系C57BL/6J、突变系的BALB/c-nu品系。按照实验动物遗传学质量控制原理，医学实验动物遗传学标准中，一般将实验动物分成近交系、杂交群和远交系三类。一、近交系动物（inbredstrainanimal)也叫纯系动物，是指起源于同一对祖先，其下一代个体通过同胞兄妹或亲子间连续繁殖20代以上，近交系数达到99%以上的动物群体。1、近交系动物特点（1）基因纯和性（homozygosity)：在一个近交系内，所有动物的所有基因位点都是纯合的，其群体后代是纯合子。即同一近交系动物的基因型一致。采用该类动物进行实验，因隐性基因暴露而影响实验结果一致性的可能性很小。（2）遗传稳定性（stableheredity)：每一代纯合子之间繁殖，下一代位点上的基因组成保持恒定，有利于遗传性状长久不变，优良性状得以保持。（3）遗传同源性（isogenicity)：品系内所有个体的遗传结构，可追溯到一对共同的祖先，有利于生物学特性比较。（4）品系内遗传组成和表现型的均一性（uniformity)：由于品系内所有个体与祖先同源，所以全部个体之间的遗传结构及表现性状也相同。如血型、组织型、形态特征等。（5）品系间遗传组成和表现型的独特性（identification)：每个品系在遗传和表型上都是独特性的。由于在育种过程中，不同基因分配到各个近交系中，并纯合固定，因此所形成的不同近交系遗传结构存在差异，表现性状也有差别。（6）品系间遗传概貌可分辩性（identification)：各品系间不同生物学性状形成的遗传标记，组成一定的遗传概貌，以利于动物品系的鉴别区分。用遗传学法，可将混合的貌近似的近交系分辨开来。（7）对实验反应的敏感性(sensitivity)：由于近交衰退，品系某些生理过程中的稳定性降低，对外界因素变化，包括实验刺激更为敏感，增加了近交系动物的灵敏度。（8）资料完整性(completedata)：近交系动物品系多，分布广泛，各品系间差异大，因此其资料较丰富。另外动物性状稳定遗传，保存资料有沿用价值。2、近交系动物应用特点（1）动物用量少：近交系动物个体间差异小，对实验反应一致，可消除杂合遗传对实验结果的影响，统计精度高，因此在应用中，只需少量动物即进行重复定量实验。（2）组织移植：近交系动物个体间的组织相容性高，异体移植不产生排斥反应，因此就成为组织、细胞或肿瘤移植实验必不可少的实验动物。（3）制作疾病模型：由于近交，隐性基因纯合，其病理性状得以暴露，可以获得大量先天性畸形与先天性疾病的动物模型，如糖尿病、高血压等。这些动物遗传背景清楚，是进行疾病分子机理研究的理想实验材料。（4）肿瘤研究：某些近交系肿瘤基因纯合，自发或诱发肿瘤发病率上升，并可使许多肿瘤细胞株在活体动物上传代，成为肿瘤病因学和药理学研究的重要模型。（5）比较研究：同时使用多个近交系，分析不同遗传组成对某项实验的影响，或观察实验结果是否具有普遍意义。例如研究同一基因在不同遗传背景下的作用，或研究不同基因在同一遗传背景下的功能，3、近交系动物命名：（1）通常以1—4个大写英文字母表示。如DBA、A等。（2）以阿拉伯数字表示，如129、615等。（3）大写英文字母和阿拉伯数字合并表示，如C57BL。4、近交系亚系（substrain)：近交系亚系是指一个近交系内某分支的动物，可能由于残余的杂合基因频率扩大，基因漂变、污染或突变，导致部分遗传组成发生改变，出现新的遗传性状，这种性状经鉴定是有用的，则这部分动物成为该近交系的亚系。近交品系与亚系的差异，仅存在于变异基因上，其他背景基因仍然相同。一般近交系基代遗传背景越复杂，亚系趋分得越多；代数越早就分支，产生亚系的机会也越多。亚系不能单独命名，命名是在原品系名称后加一斜线，斜线后表明亚系符号。符号为培育或生产亚系的单位或个人的英文缩写名称，第一个字母大写，后面的字母小写。如A/He。5、特殊类型的近交系动物（1）重组近交系(recombinantinbredstrain，RI)：

概念：重组近交系是由两个无血缘关系的近交系杂交，形成F1代，F1代再互交产生F2代，再将F2代动物分组配对，分别地连续近交20代以上，即可培育成重组近交系。特点：培育成的不是一个品系，而是一系列近交品系的动物。通常该动物是整系列用来进行实验。命名：重组近交系由两个亲代近交系的英文名称或缩写，中间加大写英文字母X组成，以“×”连结两亲本品系的代码，母本在前，父本在后；如C3HXC57BL或C3XB6，AKRXB。（2）同源突变近交系

(coisogenicinbredstrain)：概念：指一个近交系在某基因位点上发生突变而分离出来的新近交系亚系，该动物与原品系的差异，只是发生突变的基因位点带有不同的基因外，其他位点上的基因完全相同，即为同源基因。命名：

在品系全称后加突变基因符号（用小写英文斜体）组成，两者之间以连接号“-”分开。如C57BL／6J-bg。(3)突变（同源）导入近交系(congenicinbredstrain)概念：通过基因导入的方法，将目的基因导入某个近交系的基因组中所形成的新近交系。该新近交系与原近交系仅在一小段染色体上的基因不同，其他背景基因几乎同源。故又称同源导入近交系。提供突变基因的供系，可是任何基因型动物，接受目的基因的配系必须是近交系动物。命名：接受导入基因的近交系名称在前，供给导入基因片段的品系名称在后，两者间用英文句号分开（.)。导入基因符号（小写英文斜体）与供系间以连字符分开（-）。如B6．129-H-2b，表示B6（C57BL／6J）为背景品系，导入基因为H-2b，提供基因的品系为129。

（4）分离近交系（segregatinginbredstrain)概念：分离近交系是在培育近交系的同时，采用一定的繁殖方法，迫使个别基因位点上的基因处于杂合状态，其他背景基因与原来近交系相同的近交系。命名：在品系名称后面加连字符和杂合基因符号组成，如DW-dw/+,表示DW品系在dw位点上的突变基因呈杂合性。（5）基因修饰动物（a）转基因动物(transgenicanimal)：转基因动物是通过分子生物学和胚胎技术，将外源性基因导入到背景动物胚细胞基因组中，然后将该细胞移植至母体内，经过发育而培育成动物。该动物能表达插入基因的性状，并稳定遗传。广泛应用于人类疾病模型制备，疾病和药物作用机理研究等。（b）嵌合体动物(chimericanimal)：嵌合体动物是两个不同品系的近交系动物，当其受精卵分裂为8个分裂球时，分别从各自母体中取出，将其黏合形成双倍体早胚，培养至胚囊后移植到寄生寄养母鼠体内培养成动物。广泛应用于动物细胞和组织的研究。（c）基因敲除动物(knockoutanimal)

:基因敲除动物是在转基因动物的基础上发展起来的基因修饰动物。其原理是根据基因重组技术，将一段外源基因敲除或代替背景动物基因组中某一基因，从而使该基因失活，或用新的性状代替原性状。该动物用途与转基因动物基本一致，但制作时基因能定点敲入，模型制作的成功性较大。（d）克隆动物(cloneanimal)

：克隆动物利用核移植技术，将一个动物的体细胞核，移植到去除核的卵母细胞中，使其发育生长成个体。该后代由一个细胞复制而成，与亲代具有完全相同的遗传物质，而且克隆出来的动物个体之间，也有完全相同的遗传结构。克隆动物广泛应用于生物学和医药研究。(二）远交系动物(outbreedstockanimal)封闭群动物（Closedcolonyanima)1、概念：远交系又称封闭群。是指某个有血缘的群体，在不引进其他品系动物或新血缘情况下，个体间以随机交配的方式，连续繁殖4代以所形成的动物种群，称为封闭群。远交系动物个体的遗传结构呈杂合性，而整个动物群体内全部杂合性基因的分布频率，即遗传组成在每一代保持稳定。杂合性有利于群体携带更多的基因，稳定性保证群体对实验反应呈现最大的重复性。为保持远交系动物的这些特性，必须让群体封闭繁殖，随机交配，有足够大的繁殖种群。2、特点：（1）呈遗传多态性：远交系动物在同一基因位点上，包括更多的等位基因，即具有更高的基因多态性，表现对更多的外界刺激因子呈现反应。（2）远交系动物多数基因处于杂合状态，所以具有较强的杂交优势，表现为抵抗力强，生产力和生活能力优于近交系。（3）对某种特定刺激的反应性及重复性，不及近交系。群体遗传接近自然种属特征，具有类似人类群体遗传异质特征。3、应用（1）用于人类群体遗传研究，如某个基因的遗传规律、基因与疾病的关系；（2）用于盲目筛选性实验，如药物筛选试验、毒性试验、药理学实验等。（3）应用于动物使用量大的实验，如小鼠实验、大鼠实验。（4）应用于统计精度不高的实验，预实验，一般实验及教学实验。

4、命名（1）以2--4个大写英文字母组成，如NIH小鼠，ICR小鼠，SD大鼠等。（2）也可在种群名称前标明培育者或保持者的英文缩写，保持者与种群名称之间用冒号分开。如而N：NIH小鼠（表示是由美国卫生研究院（N）保存的NIH小鼠）（3）由于历史原因已广泛使用，名称可沿用其原名称。如：Wistar大鼠等。(三)系统杂交群动物（hybridsanimal)

1、概念是由两个近交系杂交生育的第一代动物，称杂交系、杂交F1代动物。严格地讲，F1代动物不是一个品系或品种。

2、命名：品系×品系F1；例如：C3H×C57BL/6F1。3、特点及应用特点（1）具有杂交优势，避免了近交系存在的近交衰退缺点。（2）具有亲代双亲的特点。（3）杂交F1代动物虽表现杂合性，但遗传组成均等地来自两个近交系，属于遗传均一，基因型相同和表现型一致的动物，在实验研究中能获得一致的、可重复的、正确的实验结果。（4）两个祖系经过基因重组，出现新的优势性状和用途，如移植免疫等。（5）F1动物是研究外周血中干细胞的重要材料。F1动物外周血中有大量干细胞，可为相应的研究提供干细胞来源。第二节