实验动物质量的标准化.ppt

第二章实验动物质量的标准化 第一节 实验动物遗传学质量的标准化l实行实验动物遗传学质量的标准化，具有十分重要的意义：①可以增加动物实验结果的可比性和可重复性②根据模拟动物基因组与人类基因组的异同，可以在遗传限定的动物身上复制出更多的人类疾病动物模型③标准化实验动物有利于动物基因组作图④对实验动物遗传学质量标准化的深入研究，可以建立一系列相关的生物信息数据库实验动物品种、品系的概念l一切动物的分类都离不开传统的生物学分类法则每一种实验动物都可以在传统分类法中找到自己的位置如：小鼠属于脊椎动物门，哺乳纲、啮齿目、鼠科小鼠属动物l在动物分类学中，“种“（species)是动物分类的基本单位而实验动物学品种(stock)、品系(strain)的概念超出了一般动物学分类的概念，把同一种动物中具有不同遗传特性的动物分成不同的品种、品系，它们各自有其品种品系的特征品种、品系才是实验动物分类的基本单位实验动物品种品系应具备的四个基本条件：l1、相似的外貌特征；l2、独特的生物学特性；l3、稳定的遗传性能；l4、具有共同的遗传来源和一定的遗传结构实验动物的遗传学分类 l根据实验动物的遗传背景情况分类：1同基因型动物：普通近交系 、重组近交系、分离近交系 、同源导入近交系、同源突变近交系、杂种F1代、单亲纯合二倍体动物 ；2不同基因型动物：封闭群动物。

l根据基因的组成特点分类：1近交系动物；2封闭群动物；3突变系动物；4杂交F1代动物近交系动物近交系动物的概念 l 至少连续20代的全同胞兄妹交配培育而成，品系内所有个体都可追溯到起源于第20代或以后代数的一对共同祖先，该品系称为近交系 l 一个实验小鼠的品系被确认为近交系之前，如果以杂种作为亲代开始近交，必须经过相当于20代亲兄妹单线连续繁殖，才能使动物各条染色体上的基因趋于纯合，品系内个体间差异趋于零，近交程度达98.6%以上,即个体之间的遗传差异很小,这对于小鼠是非常严格的l但对鸡、鹌鹑、猪等动物“近交系”的名称仅仅说明了该品系内的遗传差异性降低了这种情况出现在：①品系的近交代数在各繁殖线上少于20代，但是该品系的某一条繁殖线上所有个体间异体植皮获得成功②两代之间间隔时间特别长的动物，也许只要通过几代的兄妹交配繁殖就能使用“近交系”这个名称例如：犬，全同胞兄妹交配8代就可称为近交系l近交系的主要缺点在于近交形成的近交衰退现象，表现在其生活力和生育力降低，对外界环境的变化较为敏感，抗病和适应环境等能力减退这就增加了近交系动物饲养繁殖的难度亚系l育成的近交系可能由于突变和残余杂合基因而导致部分遗传组成的改变，从而形成亚系。

l下面几种情况可视为亚系(substrain)：①同一品系在兄妹交配40代之前分离，很可能由于残余杂合性而导致形成亚系②同一品系长期处于分离状态(100代以上)，可能由于突变而形成亚系③已发现有遗传差异的品系，可能由残留杂合、突变或遗传污染引起所谓遗传污染是指一个近交系与非本系动物之间杂交而引起遗传改变的现象 支系l当饲养环境改变，或对动物进行某些技术性处理时，有可能对某些生物学特性产生影响这些特性可能是遗传性，也可能是非遗传性的，则认为是支系的形成l下列情况可视为支系(subline)：①引种到另一实验室②经过某种技术处理包括：代乳、受精卵或胚胎移植、人工喂养、卵巢移植、冷冻保存、人工代乳等近交系命名l近交系命名可用1～4个大写英文字母为首，与数字相结合，而在其后面的括号内用大写英文字母F加上数字表示兄妹交配的代数例如：NZB(F95)和C3H(F130) l亚系命名原则是在品系名称后加斜线号，再加上数字或培育者名称缩写，或者以数字开头与缩写同时使用例如：A／He(F87)是指近交到87代由Heston培育的A品系的亚系 l保存在不同地方的支系命名是在品系(亚系)名称后面加一斜线或双斜线，再加保持者名称缩写。

如：C57BL／6J／／Lac是由英国实验动物中心(Lac)维持的支系 l如果品系经过某些技术上的处理，则应该用小写英文字母作为相应的符号束表示,一般称为支系例如：C3HfC57BL，表示由C57BL代乳的C3H品系 l如果已知某品系携带(或经人工接种)，或者经过净化去除某种垂直感染的病毒在有必要指明的情况下，可在品系名称后面加连字号，再加大写的病毒符号，再加上“+”或“-”符号例如：C3H／He-MTV+和C3H／He-MTV分别表示在C3H／He品系植入或去除乳腺肿瘤病毒近交系动物特征l1、遗传基因位点纯合性（Homozygosity）通过连续20代以上的近亲繁殖，在一个近交系内所有动物的所有基因位点都应该是纯合的，基因是一致的，遗传组成是相同的这样的个体与该品系中任何一个动物交配所产生的后代也应是纯合子，在这些动物中没有暗藏的隐性基因l2、同基因性（isogenicity)lက 指一个近交品系中所有个体在遗传上是同源的，即在同一品系内具有基本完全相同的遗传组成所以，在同一品系内的动物个体间进行皮肤和肿瘤移植不被当做异己而被排斥当应用生化或免疫学的方法检测个体在各条染色体上的基因标记，可以看到同一品系内不同个体间的基因型完全一致。

l3、均一性（uniformity)lက 由于近交系的动物是相同基因型的动物，同一品系内的表型也是一致的，即任何可遗传的生物学特征完全一致例如：血型、组织型、生化同功酶以及形态学上的特征，甚至行为的类型也趋于一致同一近交系不同个体之间基本不存在质的差别，所以对与之有关的实验处理有均一性极高的反应性l4、长期的遗传稳定性（long term genetic stability)lက 由于近亲繁殖增加了在特定部位纯合子相互配合的可能性，因而减少了遗传变异，使基因型可长期处于稳定状态，人为选择不会改变其基因型，个体遗传仅发生在少量残留杂合基因或基因突变上，而这种机率非常低在品系确定为近交系后，坚持近交，辅以遗传检测，及时发现和清除遗传变异的动物，近交系的遗传特性可世代相传l5、可分辩性（identification)lက 每个近交系都有各自特有的标准遗传概貌，包括毛色基因、生化基因和免疫学性状基因等掌握了遗传检测方法，就可轻而易举地将混合在一起的两个貌似近似的近交系分辨开来定期对近交系动物进行遗传监测，可以识别各个近交品系动物是否可靠l6、个体性（individuality)lက 经过近交培育过程之后，每一个品系从物种的整个基因库中只能获得极少部分基因，这些基因的组合构成了品系的遗传组成。

因此，各个品系具有独自的遗传组成和独自的生物学特性这些遗传和表型的独特性使各个近交品系之间的差异相当大lက 目前国际上公认的500多个近交品系小鼠之间，均各有明显的区别，有其不同的反应性和敏感性l7、国际分布性(international distribution）lက 近交系动物个体具备一个品系的全能性，任何个体均可携带该品系全部基因库，引种非常方便，仅需2至2对动物即可目前许多近交系在国际上广泛分布，从而有可能在世界各国之间进行比较研究，这从理论上意味着不同地区、不同国家的科学家有可能去重复和验证已取得的结果和数据l8、背景资料（background data)lက 近交系动物由于在培育和保种的过程中都有详细记录，加之这些动物分布广泛，经常使用，已有相当数量的文献记载着各个品系的生物学特性,另外对任何近交系的每一项研究又增加了该品系的研究应用履历档案，这些基本数据对于设计新的实验和解释实验结果提供了有价值的参考信息近交系动物的应用l由于近交系动物具有诸多的优点，目前已得到越来越广泛的应用特别是在生理学、药理学、毒理学、微生物学、免疫学、肿瘤学、遗传学、实验动物行为学等学科，使用近交系动物所作论文比例增加很快。

近交系动物的使用极大地提高了科学实验的正确性和重复性l1、与远交种（封闭群）相比，近交系动物个体间极为一致，对实验反应一致，可以消除杂合遗传背景对实验结果的影响，因此在实验中，实验组和对照组都只需要少量的动物l2、在某些涉及组织细胞或肿瘤移植的实验中，个体之间组织相容性一致与否，是实验成败的关键这样，近交系动物就成为必不可少的实验动物l3、由于近交，隐性基因纯和性状得以暴露，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、高血压等这些近交系动物家系清楚，取材方便，是进行基因连锁分析、比较遗传学、生理学和胚胎生物学研究的理想实验动物l � 某些近交系具有一定的自发和诱发肿瘤发生率，并可以使许多肿瘤细胞株在活体动物上传代，这些品系成为肿瘤病因学、肿瘤药理学研究的重要模型l4、多个近交系同时使用可使研究者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杂交一代动物l一、基本概念lက 杂交一代动物又叫杂交F1代动物，是由两个近交系杂交生育的第一代动物，其遗传组成均等地来自两个近交系，属于遗传均一并具有表现型相同的动物，是医学生物学研究中所使用的相同基因型动物的一种。

l杂交F1代动物不是一个品种或品系，因为它不具有育种功能，不能自群繁殖出与杂交F1代相同基因型的动物lက 两个用于生产杂交F1代的近交系称为亲本品系（parental strain),提供雌性的为母系（maternal strain),提供雄性的为父系（paternal strain)杂交F1代的遗传组成均等地来自两个亲本品系，即每个基因位点上的两个等位基因分别来自母系或者父系可能是纯和基因也可能是杂合基因杂交一代动物的应用l1、在同一遗传背景下比较基因位点上不同等位基因的遗传效应l2、在不同的遗传背景中研究同一基因与遗传背景及其它基因的关系l3、消除杂合遗传背景对某些突变基因表达的影响，以获得更为稳定的实验动物模型l4、对复杂的多基因性状进行遗传分析l所以，杂交F1代动物虽然基因型是杂合的，但个体间的遗传型与表现型都是一致的，符合实验动物有明确遗传背景的基本要求，在实验研究中应用时能获得一致的、可重复的、正确的实验结果命名l杂交F1代动物的命名方法主要是标明杂交F1代亲本的品系名称与性别习惯写法是把亲代母系符号写在前面，以“r”相连接，后面是亲代父系，后面写上F1，即为杂交F1代的命名。

lက 例如：C57BL/6 r DBA/2lက 简写为B6D2F1特性与应用l1、遗传和表型上的一致性lက 杂交F1代的基因不是纯和子，但个体间基因型是整齐一致的，遗传性是稳定的，表现型也一致就某些生物学特征而言，杂交群动物比近交系动物具有更高的一致性，不容易受环境因素变化的影响l2、杂交优势lက 杂交群动物具有较强的生命力，对疾病的抵抗力强，寿命较长，容易饲养，适合于携带某些有害基因和长时间慢性致死实验，也可以作为代乳动物以及卵、胚胎和卵巢移植的受体l3、同基因性lက 杂交群动物虽然具有杂合的遗传组成，但个体间基因是相同的，可接受不同个体乃至接受两个亲本品系的细胞、组织、器官和肿瘤的移植l4、具有亲代双亲的特点l5、国际上分布广泛l6、作为某些疾病研究的模型封闭群动物l一、基本概念lက 封闭群动物亦称远交系、非近交系和随机交配品系lက ICLAS规定：以非近亲交配方式进行繁殖生产的一个种群，在不从外部引入新的血缘条件下，至少连续繁殖4代以上称为封闭群l封闭群是长期与外界隔离，雌雄个体之间能够随机交配的动物群其遗传组成较接近于自然状态下的动物群体结构虽然封闭群动物群体中个体之间由于具有遗传杂合性而差异较大，但是从整个群体来看，封闭状态和随机交配使得基因频率能够保持稳定不变，从而使群体在一定范围内保持有相对稳定的遗传特征。

lက 封闭群动物的关键是不从外部引进任何新的基因，同时进行随机交配，不让群体内的基因丢失，以保持其一定的杂合性lက 封闭群由于其遗传组成的杂合性较高，容易受到选择、近交和随机遗传漂变的影响而发生遗传上的改变，因此在培育和维持的过程中要注意：a、隔离；b、选择；c、有效群体大小；d、培育代数命名l封闭群动物的命名一般以2--4个大写英文字母命名，种群名称前标明保持者的英文缩写名称，第一个字母大写，一般不超过4个字母，保持者名称与种群名称之间用冒号分开如NIH表示一个小鼠的封闭群名称；而N：NIH则表示是由美国卫生研究院（N）保存的NIH小鼠Lac:LACA表示由英国实验动物中心（Lac)保持的LACA封闭群小鼠lက 由于历史原因已广泛使用，又广为人知的封闭群动物，名称与上述规则不一致时，可沿用其原来的名称如：Wistar封闭群大鼠，日本ddy封闭群小鼠等lက 把保持者的缩写名称放在种群名称的前面，二者之间用冒号分开，是封闭群动物与近交系动物命名中最显著的区别特征与应用l1、封闭群动物避免了近亲交配，遗传组成具有很高的杂合性，所以封闭群动物具有较强的繁殖力和生活力，表现为每胎产子多，胎间隔较短，仔鼠死亡率低，生长快，成熟早，寿命长，对疾病的抵抗力强。

在饲养繁殖过程中无需详细记录谱系，成本低，易生产，，可大量生产，充足供应广泛应用于予实验，一般实验及学生的教学l2、由于封闭群动物的遗传组成具有很高的杂合性，所以在遗传学研究中可作为选择实验的基础群体，用于对一些性状遗传力的研究l3、由于其可携带大量的隐性有害基因，可用于估计群体对自发或诱发突变的遗传负荷能力l4、封闭群动物具有类似于人类群体遗传异质性的遗传组成，因此，在人类遗传研究，药物筛选和毒性试验等方面起着不可替代的作用实验动物的遗传质量监测l一、基本概念：က 各种实验动物遗传育种生产的方法都是为了一个目的即：获得遗传上高度限定的动物品系，并且使这些品系在世界范围内，或长期保种繁殖后，其遗传特征稳定不变这就是实验动物的遗传质量控制（ genetic qualitycontrol ).l要加强实验动物的遗传质量控制，首先要加强实验动物的遗传学管理，另外要定期进行遗传监测lက 为了对实验动物进行严格的遗传质量控制，我国已先后颁布了各级实验动物遗传质量标准，许多科技人员围绕着实验动物的遗传质量控制开展了大量的研究工作遗传学管理l正确的遗传学管理是确保实验动物遗传质量的前提条件。

如：在使用和繁育实验动物时需引进遗传背景清晰的品系或品种，要熟悉和了解它们的遗传特性，掌握正确的繁育品种品系的方法，并在使用和繁育时根据需要进行严格的记录，一旦发生遗传变异，为了查清变异的原因与发生时间有必要追溯到品系和品种的各代交配、分娩、育种等有关记录建立遗传概貌图l实验动物的遗传概貌（genetic profile)图一般可根据每个品系、品种支配各种性状的基因型制成一览表为了便利进行遗传学的管理和调查，在制定过程中进行全面的检查、记录各种质量和数量遗传性状但是要检查全部的性状是很困难的，对于国际上已广泛使用的品系，可将已报道的品种性状归纳成遗传概貌图开展遗传监测l遗传监测（genetic monitoring )应理解为对实验动物品系、品种的保种繁育过程进行遗传学控制和质量监测如评价品系和品种的遗传学管理水平，抽样检查各种品系和品种的遗传性状，核对其基因型有否发生改变目前，仅对近交系大、小鼠全面开展了这方面的工作，封闭群大、小鼠开展了部分工作，其它种实验动物由于监测方法不健全尚未开展第二节实验动物微生物学质量的标准化微生物和寄生虫控制的意义l实验动物携带的微生物及寄生虫有严格的控制，尤其应控制可引起实验动物爆发烈性传染性疾病的病原微生物以及引发严重侵袭病的寄生虫。

即使是一般性的病原微生物和寄生虫，都必须严格控制目的是保证实验动物的品质，培养出标准的合格动物，防止出现：l1. 动物的损失：由于实验动物大多采取集中饲养，更易引起病原微生物的传播和扩散，如果不进行动物的微生物控制，将会对实验动物的饲养和生产带来不利影响一些疾病，如鼠痘、犬细小病毒出血性肠炎、兔球虫病等会导致动物大批量的死亡l2. 威胁人类健康：实验动物的疾病，有许多是人兽共患的传染性疾病，有很多情况是动物仅呈隐性感染，或仅成为病原携带者，对动物饲养人员和动物实验人员潜伏着巨大的危害，并可能造成烈性传染病大规模的扩散l3. 影响实验结果：实验动物的微生物和寄生虫感染会不同程度地影响动物实验的结果，从而影响实验数据的准确性和可靠性，甚至会推导出错误的结论按微生物控制程度实验动物分类l国际分类法将实验动物分为三级：l一类：普通动物l二类：无特定病原体动物l三类：无菌动物、悉生动物l我国将实验动物分为四类：l一类：普通级动物，亦称一级动物；l二类：清洁级动物，亦称二级动物；l三类：无特定病原体动物，亦称三级；l四类：无菌及悉生动物，亦称四级动物普通动物l普通级动物（Conventional animals, CV)l普通级动物是未经严格的微生物学控制，饲养在开放系统中的动物。

属于一级实验动物开放系统l通常为单走廊专用房舍，采用自然通风或设有排风装置，有防虫、防鼠设施，要求笼具和垫料消毒、使用无污染的饲料，人员进出有一定的防疫措施这类设施仅适用于普通级动物应用l由于普通级动物是实验动物微生物控制要求较低的一类动物，对实验结果的准确性和反应性较差，因而国际上普遍认为仅可作为生物医学中教学示教之用，或作为某些科学研究为探索方法而从事的预试验之用，不可供科研、生产和检定之用，由于普通级动物繁殖力强，生产量大，适宜作一般性的实验用途清洁动物l一、清洁动物(Clean animals,CL)除普通级动物应排除的病原体外，不携带对动物危害大和对科学研究干扰大的病原属于二级实验动物l清洁级动物饲养于温湿度恒定的10万级空气净化的清洁级屏障系统(亚屏障系统）中其所用的饲料、垫料、饮用水、笼器具等都经过消毒灭菌处理工作人员需换灭菌工作服、鞋、帽、口罩等进入动物室进行操作l清洁动物来源于SPF动物或无菌动物或悉生动物或剖腹产动物应用l清洁级动物是根据我国国情而设立的等级动物它较普通级动物健康，又较SPF级动物易达到质量标准，在动物实验中可免受动物疾病的干扰，其敏感性与重复性亦较好。

目前在我国已成为适用于科研的标准级别的实验物无特定病原体动物l无特定病原体动物（Specific pathogen free animals,SPF)l无特定病原体动物或称SPF动物，是指动物体内无特定的微生物和寄生虫存在，但带有非特定的微生物和寄生虫的动物lSPF动物除一、二级动物应排除的病原体外，不携带主要潜在感染或条件致病和对研究实验干扰大的病原lSPF动物来源于无菌动物或或剖腹产动物应用l目前国际上公认SPF动物适用于所有科研实验，是国际标准级别的实验动物它的应用价值在于它无人畜共患病，无主要传染病，无对实验研究可能产生干扰的微生物无菌动物l一、无菌动物（Germfree animals ,GF）是指不能检出一切生命体的动物即用现有的检验技术在动物体内外的任何部位均检不出任何活的微生物和寄生虫l必须饲养在温湿度恒定的百级空气净化的隔离系统中，实行严格的微生物控制无菌动物形态生理特点l消化系统：变化主要在肠道上无菌动物肠道肌层薄，更为特异的是盲肠肥大，比普通动物大5--6倍，无菌豚鼠的盲肠可达体重的1/3，主要是由于肠壁薄，张力低而增大，常易导致盲肠扭转或肠壁破裂而死亡。

如给无菌动物注入梭状芽胞杆菌等则可缩小盲肠体积无菌动物肠粘膜绒毛增多，肝脏重量相对下降，导致解毒功能有所下降l免疫系统：胸腺，淋巴结，脾脏发育不良，处于不活跃状态吞噬功能低下产生丙种球蛋白的能力很弱免疫应答速度慢，过敏反应、排异反应、自身免疫反应减弱或消失对微生物感染抵抗力很低l生长率：无菌鸟类生长率高于同种普通鸟无菌大、小鼠与普通鼠差不多无菌豚鼠和无菌兔比普通的豚鼠和兔生长得慢，因肠内无菌，不能帮助消化纤维素l泌尿系统：肾脏较小l血液循环系统：心脏相对缩白细胞减少与普通动物比白细胞总数波动范围小l生殖系统：无菌豚鼠及兔比普通的豚鼠、家兔繁殖率低，可能是盲肠大之故l代谢：血中含氮量少肠管对水的吸收率低代谢周期比普通动物长l营养：不能合成维生素B和K，易产生这两种维生素的缺乏症l寿命：无菌动物的寿命普遍长于普通动物悉生动物l悉生动物Gnotobiotic animals，GNl又称已知菌动物或者已知菌丛动物，是指在无菌动物体内植入已知微生物的动物在我国，与无菌动物一样同属四级动物，按植入微生物种类可分为单菌（Monoxenie) 、双菌(Dixenie)、三菌(Trixenie)、多菌(Polyxenie)动物。

l无菌动物由于肠道里没有细菌，所以不能在肠内合成机体所需要的某些维生素和氨基酸，而必须由日常的饲料中补给无菌动物饲养管理困难，且生活能力较差把对机体有益的若干种肠道细菌喂给无菌动物，使之在肠道内定居，这就成为悉生动物它远较无菌动物的生活能力强饲养管理也比较容易，在多种研究试验中，可以代替无菌动物l必须饲养在温湿度恒定的百级空气净化的隔离系统中，实行严格的微生物控制l与无菌动物比较，悉生动物肠道内存在细菌可以合成维生素，不会像无菌动物一样发生维生素缺乏症抵抗力、生活力较强，易于饲养管理无菌动物和悉生动物的应用l1. 微生物学寄生虫学动物模型研究l2. 免疫学研究的应用l3. 肿瘤学研究l4. 老年病学研究 l5. 营养学的研究l6. 放射医学研究l7. 毒理学研究l8. 心血管病研究l9. 无菌动物和悉生动物可用于传染病学、微生物学、宇航医学等许多领域的研究洁净动物与普通动物的比较谢谢！。