实验动物学第二章实验动物质量的标准化.ppt

第一节 实验动物遗传学质量的标准化 第二节 实验动物微生物质量的标准化,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,一、实验动物的遗传学分类二、近交系动物三、同源突变、同源导入和分离近交系动物四、重组近交系动物五、杂交F1代动物六、封闭群动物七、突变系动物八、遗传工程动物,一、实验动物的遗传学分类,分类方法,根据基因纯合程度，将实验动物分为相同基因型和不同基因型两大类。,相同基因型,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 杂交F1代单亲纯合二倍体等,不同基因型,指封闭群动物，包括远交种和突变种。,根据基因组成特点，将实验动物分近交系、突变系、杂交群（F1代）和封闭群4类。,各种实验动物的关系如图,实验动物,相同基因型,不同基因型,特殊近交系,普通近交系,杂交F1代,重组近交系,分离近交系,同源导入近交系,同源突变近交系,远交种,突变种,封闭群,近交系,突变系,在动物分类学中，种是动物分类的基本单位，其定义为一群形态相似、能互相交配的自然群体，它们在生殖上与其他群体相隔离。而在实验动物分类系统中，品种、品系是基本分类单位。作为一个品种、品系，应具备以下条件。（1）相似的外貌特征：如体重、毛色等应相近或一致。C57BL/6小鼠毛色是黑色的，DBA/2小鼠的毛色是灰色的，昆明小鼠的毛色是白色的等。（2）独特的生物学特性：是一个实验动物品系、品种存在的基础。如高癌鼠、低癌鼠、糖尿病鼠、白血病鼠等。根据研究目的进行选择应用。,品种、品系的概念,（3）稳定的遗传性能：近交系动物因为基因的高度纯合，人为选择不会改变其基因型，各品系的遗传特性可世代相传，个体遗传变异几率非常低。如DBA系已维持了70多年，C57BL系已维持了60多年，至今仍与原品系极相似。（4）同源性及可分辨性：任何品系、品种都可追溯到其共同的祖先，并由此分支经选育而成，有详细的资料可查。任何品系、品种都有一定的的遗传结构，如独特的生化标志基因等，通过检测方法，可以将外貌相似的两个品系动物分辨出来。,通常称近交系动物为品系，称封闭群动物为品种。如C57BL/6小鼠是近交系动物中的一个品系，昆明小鼠是封闭群中的一个品种。,二、近交系动物,基本概念,近交：即近亲繁殖，是指血缘关系极为相近的个体间或遗传组成极为相似的个体间进行的交配繁殖方式。近交方式：全同胞兄妹、父女、母子、堂兄妹。近交衰退：即近交后代出现生长、成活、生育、抗病、适应环境等方面的能力的减退。,近交系动物：我国制定的哺乳类实验动物的遗传质量控制国家标准规定：是指至少经过20以上连续全同胞或亲子交配，品系内所有个体都可追溯到其源于第20代或以后代鼠的一对共同祖先的动物群。近交动物的近交系数达98.6%,杂合基因小于1.4%。,亚系和支系：亚系是由一个近交系分离出来的具有各不相同特性的品系。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。支系是亚系内的小分类，一般是由一个亚系引到另一单位形成的新亚系，也可经人为技术处置（如代乳、胚胎移植、卵巢移植等）形成支系。,命名,近交系命名：一般均用14个大写英文字母表示，如A、AE、BA、AKR、DBA、NZB等。有些品系在两个英文字母间加入12个阿拉伯数字来表 示，书写时与英文字母等大，如C3H、C57BL、C57BR等。非正规的命名，如已广泛为国际所公认者，则保留沿用，如129、101、615等。,关系相近，同一来源的不同品系，其名称基本相似，差异部分用一个大写英文字母表示，如NZB、ZNO、ZNX、ZNW等。近交代数的表示，一般在品系符号后括号内写上代数，在代数前加写F，如A(F78)等。书写品系命名符号要完全，应使用公布的全称，不能随便缩写。,亚系命名：在原近交品系名称后甲一道斜线“/”，再在其后标上亚系的符号，符号分两类，一类是用研究者或研究机构名称的缩写字母表示，如A/He、A/Jax等。另一类是用阿拉伯数字表示，如C57BL/6J、DBA/1等。支系命名：在原品系或亚系名称后加一斜线或双线，斜线后标上引种者缩写符号，如C57BL/6J/Lac，或简写C57BL/6Jlac、C57BL/6Lac。,各类实验动物中已培育近交系的数目,实验动物 近交系数目,小鼠 300大鼠 111地鼠 35中国地鼠 4豚鼠 15兔 12鸡 40鱼 9两栖类 4,常用小鼠品系名称缩写,系名 缩写,AKR AKBALB/c CCBA CBC3H C3C57BL BC57BL/6 B6C57BR BRDBA/1 D1DBA/2 D2,近交系的特性,基因纯合性 同基因性 表现型的均一性 遗传稳定性 可分辨性 个体性（品系之间有区别）分布的广泛性 背景资料可查性,近交系动物的优点及应用,优点具有相同的基因型，表现型也一致，所以其反应也是一致的，试验结果正确、可靠；各品系均有其独特的特性，根据实验目的可选用不同品系来做实验，试验重复性好，所用动物少，实验周期短，节省人力、物力和时间；国际上分布广泛，不同国家的科研单位使用同一近交系动物所取得的结果是相似的，便于国内和国际间交流和重复实验；可以作为有价值的病理学模型，是研究人类疾病的重要实验材料；,它是标准的实验材料，动物生长到一定时间就有一定的规格，便于选择应用；有大量的历史资料可查，遗传背景明确，便于研究者查阅和选择应用。,应用 近交系动物首先应用于遗传学研究，现已广泛应用于肿瘤研究，也广泛应用于基础和临床医学的各类实验研究。,三、同源突变、同源导入和分离近交系动物,同源突变近交系、同源导入近交系和分离近交系这三种近交品系都涉及到在近交系中对个别位点的基因进行控制的问题。基因是DNA分子上代表一个遗传功能单位的核苷酸特定序列，是能发生遗传重组的突变线性排列组成。在一个普通的近交系中，几乎所有基因位点上都带有相同的基因。如果两个近交系除了个别位点上携带不同的基因外，其它位点上的基因都一样，我们就称这两个近交系是同源的，即遗传上相同，而称个别不同的基因为差异基因。获得遗传上同源状态的近交动物有基因突变、基因导入和强制基因杂合三种方式。,同源突变近交系,概念：指两个近交系除了一个指明位点等位基因不同外，其它遗传基因全部相同的品系。是某个近交系在某基因位点上发生突变而分离出来的近交系的亚系。它和原近交系的差异只是突变基因位点上带有不同基因，而其它位点上的基因完全相同。,基因突变也称点突变，指染色体上一个位点内的遗传物质的改变，即DNA分子长链中碱基对的改变。同源突变近交系有别于通常所说近交系亚系分化，因为这里的突变相当明确的改变了原近交系的遗传组成，而且研究者更加注意了突变基因的研究。,同源导入近交系,简称同源导入系，有时又译为基因导入系，是通过基因导入的方法将一个目的基因导入某个近交系的基因组内，而培养出来的新的近交系。为目的基因提供背景的近交系称为配系，提供目的基因的品系称为供系。配系必须是近交系，而供系可以是带有目的基因的任何一种基因类型的动物（如 A B A为供系，B为配系）。在基因导入过程中，与目的基因紧密连锁的其它基因可能随目的基因一起导入到近交系的基因组中，这些随之带入的基因称为乘客基因（passenger gene）。因此，同源导入近交系不仅是目的基因与原近交系不同，而且是带有目的基因的一小段染色体的不同。,分离近交系,是在培育近交系的同时，采取一定的交配方法，迫使个别基因位点上的基因处于杂合状态。这样培育出来的近交系个别基因位点上的基因保持杂合状态，能分离出该基因位点上带有不同等位基因的两个近交系亚系。,以上三种近交的遗传特征极为相似，尤其是同源突变近交系和分离近交系之间有时难以区分，只好用培育过程的不同加以区分。,命名,同源突变系的命名,是在原品系（亚系）的名称后面加连字号和基因符号（所有的基因符号在印刷的文献中要斜体书写）。如：C57BL/6J-bg表示C57BL/6J携带bg基因。如果突变基因是以杂合状态保持，用“+”代表野生型基因，C57BL/6J-bg/+；如果是纯合子，可以写成C57BL/6J-bg/bg。,同源导入系的命名,是在品系（亚系）的名称或缩写之后加上“”和供体品系名称缩写，然后加连字号和目的基因符号。如B10.129-H-2b(C57BL缩写为B)表示以C57BL/10为遗传背景，携带来自129品系H-2b基因的同源导入近交系。必要时注明目的基因是纯合还是杂合。如果供体品系不是近交，就可以不加命名，如BALB/c-nu/+表示携带杂合nu基因的BALB/c品系，而nu基因来自非近交系。,分离近交系的命名：在品系名称后面加连字号和杂合基因符号，如：DW-dw/+表示DW品系在dw位点上是杂合的。,应用：在同一遗传背景下比较某基因上不同位点的遗传效应；在不同遗传背景中研究同一基因与遗传背景及其它基因 的关系，消除杂合遗传基因对某些突变基因表达的影 响，以获得更加稳定的实验动物模型；对复杂的多基因性状进行遗传分析。,四、重组近交系动物,基本概念：在两个近交系杂交生育F1代后，F1代互交生育F2代，从F2代中随机选择个体交配，连续进行20代以上的全同胞兄妹交配而育成的一个近交系称为重组近交系。为重组近交系提供亲代的两个近交系称为祖系。,近交系,近交系,F1（互交）,F2（连续20代近交）,重组近交系,重组近交系动物的特点：重组近交系的遗传成分虽然限于两个亲代近交系，但并 不均等；重组近交系和普通近交系一样，具有高度的纯合性；重组近交系由于各染色体上基因的自由组合和同一染色 体上的基因的交换，而发生基因重组。,命名,重组近交系的命名是在两个祖系名称缩写中间加上大写英文字母X。作母系的祖系名称放在前，作父系的祖系名称放在后。,常见小鼠重组近交系品系,重组近交系在对祖系之间有差异的性状和基因的遗传分析中是非常有用的实验材料，尤其是针对因测试需要而使动物不能繁殖的性状，以及需要对多个个体进行平均估计的性状。虽然一个重组近交系系列都是独立的近交系，但是在遗传组成上和实际应用中，一个重组近交系系列是一个相互关联的整体。如果一个重组近交系系列品系数量较多的话，就可以同时进行下列分析。分离分析：一个重组近交系系列可用于测试某个性状 的遗传性和遗传规律。(2)连锁分析：重组近交系可用于对未知基因进行染色体 定位，估计其与其他基因的连锁关系。(3)功能分析：重组近交系可用于分析单基因多效性或决 定基因型和表型的关系。,应用,五、杂交F1代动物,基本概念：是由两个不同的近交系有计划交配所获得的第一代动物，称为杂交一代动物，也称系统杂交动物，简称F1（First filial generation）动物。其遗传组成均来自两个近交品系，属于遗传均一，基因型相同和表现型一致的动物。两个用于杂交生产杂种一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)。杂种一代的遗传组成均等的来自两个亲本品系，即每个基因位点上的两个等位基因分别来自母系和父系。如果亲本品系之间某个基因位点上的基因相同，则杂种一代在这个位点就为纯合基因；相反，如果不相同，则为杂合基因。尽管杂种一代携带许多杂合位点，但其个体在遗传上是一致的。,命名,杂种F1代动物的命名习惯上是在括号内把亲代母系名称写在前边，以大写英文字母X连接，后边是亲代父系名称，再写上Fl，即为杂种Fl的命名。例如：（C57BL/6XDBA2)F1 表示用C57BL6品系的雌种和DBA2品系的雄种杂交后生育杂交F1代。也可将两个亲本的近交品系名称的缩写按雌雄的顺序写在一起再加“Fl”。例如：（C57BL/6XDBA2)F1,也可简写成B6D2F1。,当用两个近交系生产杂种一代时，可产生两种杂种一代，取决于母系或父系的不同。例如：用C57BL6和DBA2来生产杂种一代就有以下两种情况：C57BL6 X DBA2 DBA2 X C57BL6 B6D2F1 D2B6F1 这两种杂种一代的区别在于：Y染色体。如：B6D2F1的雄性携带来自DBA/2的Y染色 体，而D2B6F1的雄性携带来自C57BL6的Y染色体。母性因素(包括细胞质成分、子宫环境和母乳)。如：B6D2F1是从C57BL6接受母性因素，而D2B6F1从 DBA/2接受母性因素。,特性及应用 杂种一代有许多优点，在某些方面比近交系更适用于研究。,遗传和表现型上的一致性：就某些生物学特性而言，杂种一代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，广泛地适用于营养、药物、病原和激素的生物评价。杂交优势：杂种一代具有较强的生命力，对疾病的抵抗力强，寿命较长，容易饲养，在很大程度上克服了近交衰退现象，适用于携带保存某些有害基因和长时间的慢性致死实验，也可作为代乳动物以及卵、胚胎和卵巢移植的受体。,具有同基因型：杂种F1代虽然具有杂合的遗传组成，但其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，适用于免疫学和发育生物学等研究领域。作为某些疾病研究的模型：例如：(NZBXNZW)F1是自身免疫缺陷的模型，(C3HXI)F1是肥胖病和糖尿病的模型。（5）可用于干细胞研究、移植免疫研究、细胞动力学研究、单克隆抗体研究等。（6）国际上广泛分布：已广泛用于各种实验研究，实验结果便于在国际间进行重复和交流。F1动物由于对各种实验结果重复性好，国际上分布广泛，一些发达国家在过去对微生物还没有普遍取得人工控制时期，是优先发展F1动物。,常用的F1动物,六、封闭群动物,基本概念：不以近交形式进行交配，也不引入任何外来血缘，在封闭条件下交配繁殖，从而保持群体的一般遗传特性，又具有杂合性，称为封闭群（Closed colony），也称远交系（群）。我国制定的标准作如下定义：以非近亲交配方式进行繁殖生产的一个实验动物种群，在不从其外部引入新个体的条件下，至少连续繁殖4代以上，称为一个封闭群，或叫远交群。,不同基因型的动物以封闭群动物为代表，又可分为远交种和突变种两类。远交种又称非近交系，是一个长时期与外界隔离，雌雄个体之间能够随机交配的动物群，其遗传组成比较接近于自然状态下的动物群结构。突变种是指携带个别突变基因的封闭群。这些突变可能是以纯合或杂合的形式存在于群体之中。培育者除了考虑封闭群的遗传组成之外，更加注意研究突变基因在封闭群中的保存和遗传规律，以及其应用价值。,命名,远交种除了一些由于历史原因已广泛使用的名称之外，如：Wistar大鼠，一般用24个大写英文字母进行命名，如：NIH（美国国立卫生研究院缩写）小鼠。在大写字母之前加上由1个大写字母和13个小写字母构成的培育者或保持者的符号，并且与品种名称用冒号隔开，如：N：NIH是由美国国立卫生研究院保存的NIH小鼠，Han：NMRI是由德国实验动物繁育中心研究所保存的小鼠。常见的远交种有：NIH小鼠、ICR小鼠、昆明（KM）小鼠、Wistar（惠斯特）大鼠、SD(Sprague-Dawley)大鼠、Dunkin Harley（顿金 哈莱）豚鼠、日本大耳白兔、中国本兔、New Zealand兔等。突变种的命名是在远交种命名的基础上加上适当的基因符号，并且用连字号相连。基因符号应该用斜体字，如：N：NIHnunu表示由美国国立卫生研究院保存的，带有纯合裸基因的NIH小鼠；Lac：LACA-Hh+表示英国实验动物中心保存的带有杂合半肢畸形基因的LACA小鼠。,特性和应用,(1)远交种动物的遗传组成具有很高的杂合性，因此，在遗传中可作为选择实验的基础群体，用于对某些性状遗传力的研究。同时，远交种可携带大量的隐性有害突变基因，可用于估计群体对自发或诱发突变的遗传负荷能力。远交种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。(2)远交种具有较强的繁殖力和生活力，表现为每胎产仔多、胎间隔短、仔鼠死亡率低、生长快、成熟早、对疾病抵抗力强、寿命长，加之饲养繁殖时无需详细记录谱系，容易生产，成本低，可大量供应，因而广泛用于预试验、学生教学和一般实验。(3)突变种所携带的突变基因通常导致动物在某些方面的异常，从而可成为生理学、胚胎学和医学研究的模型。,七、突变系动物,基本概念：是指正常染色体的基因发生了变异的，形成具有各种遗传缺陷的动物。,基因突变：是指染色体上的一个位点内的遗传物质的变化，或者说是DNA分子链中碱基对的改变。基因突变可分为：可见突变；生化突变；致死突变，又分为显性致死和隐形致死；条件致死突变。,一个基因决定一个性状，如毛色为单基因所决定；一个基因决定几个性状，如裸鼠的无胸腺、无毛是 由基因决定的，可能是一个基因决定两个性状，也 可能是靠近的两个基因不分离的缘故；几个基因决定一个性状，如小鼠6周龄时的体重由 30个基因决定，兔子的高血压由34个基因决定。,基因与性状的关系,突变系动物可分为由自发突变和人工诱变两大类。突变系动物由于其独特的模型性状，可供某项特殊研究之用，就成为很有科学价值的模型动物。20世纪最先而且最广泛突破的是培养了多种肿瘤的模型动物，为研究人类肿瘤提供了极为方便而有效的研究手段。人类疾病有时可能由单个基因的突变造成。在实验动物中，单基因突变所导致的表现异常不仅作为人类疾病的模型，而且也可成为研究有关形态、生理、行为、发育和遗传等各种生物学现象不可缺少的实验材料。如肥胖小鼠，它与人类有相似的肥胖病和糖尿病，肌肉萎缩症小鼠，它与人类有相似的肌肉萎缩症，自身免疫小鼠，则与人类的自身免疫性溶血和红斑狼疮相似。因此，对突变品系模型性状的研究对解决人类的疾病将起到重要作用。,突变系动物的命名，与同源近交系动物的命名相同，是在原品种或品系名称后面加上连字号和突变基因符号。例如：BALB/cnunu和N：NIH-nunu 分别表示BALBc品系和N：NIH品种，具nu基因的突变系。,命名,常见小鼠突变基因与模型性状,(1)bg：米黄色基因(beige)为13号常染色体隐性基因。出生时眼睛色浅,成年后眼全变黑，耳和尾色素沉着减少。可作为chediak-higashi综合征（一种白化病）的模型动物以及恶性淋巴瘤的模型动物。也可作为水貂和牛aleulian疾病的模型动物。对自发进行性肺炎、化脓性感染敏感，用白色链球菌、金黄色葡萄球菌或肺炎球菌攻击死亡率高。自然杀伤细胞的发育和功能有缺陷，血液凝固和巨噬细胞活性有缺陷。,(2)db：糖尿病基因(diabetes)为4号染色体隐性突变基因，能导致肥胖伴糖尿病。纯合子有高血糖症，4周龄时血糖值为300mg100mL，12周龄时可达500mgl00ml，胰岛素分泌过多，并且变异较大，寿命短。临床表现包括肥胖、高血糖、糖尿、蛋白尿、烦渴、多尿等。,(3)Dh：显性半肢畸形基因(dominant hemimelia，Dh)为1号染色体上的显性突变基因。纯合致死，杂合子将导致先天性缺脾脏和体液免疫缺陷。淋巴结肿大，白细胞增多。对绵羊红细胞(SRBC)缺少体液反应。血管内碳清除率减少。后肢畸形，生殖泌尿系统和消化系统有缺陷。,(4)nu：裸基因(nude，nu)是8号常染色体上的隐性突变基因。1962年发现于英国Glasgow的Ruchill医院。纯合时，全身无毛且缺胸腺，细胞免疫反应受抑或缺乏，对感染性疾病敏感。杂合子虽带裸基因，但表型同正常动物。雌性裸鼠母性差。由于细胞免疫缺陷，这种动物能接受同种或异种组织移植。,(5)ob：肥胖基因(obese)为6号染色体隐性基因，纯合子导致单纯肥胖伴晚期糖尿病。在4周龄时肥胖个体外表上有别于正常个体。在89月龄时，动物体重增加到最大值，约为70g，多种代谢失调，包括脂肪形成增加、脂肪分解减少。代谢失调与过食症和胰岛素分泌过多有关，动物在69周龄时，有中度的高血糖，但1216周后自行消失，体温调节有缺陷。（6）scid：严重联合免疫缺陷基因(severe combined immunodeficiency，scid)为第16号染色体上的隐性突变基因，发现于1983年。纯合子血清中无免疫球蛋白。淋巴结、胸腺和脾脏异常变小。胸腺由残存的髓质构成，无皮质。脾脏和淋巴结中滤泡缺乏。T细胞和B细胞数目大大减少，因此缺乏体液免疫和细胞免疫功能。,常见大鼠突变基因与模型性状,（1）di：尿崩症基因(diabetes insipidus，di)为第3号染色体上隐性突变基因。纯合体体重比杂合体和正常动物小，呈烦渴、多尿和低渗尿。可作为遗传性下丘脑尿崩症模型。（2)fa：肥胖基因(fatty，fa)是位于第5号染色体上的隐性突变基因。纯合体导致动物肥胖、饮食亢进和血内胰岛素过多，类似于小鼠肥胖症。体温调节有缺陷。该综合征与下丘脑有关。（3）rnu：大鼠裸基因(rowett nude，rnu)是位于第10号染色体的隐性突变基因：纯合体为裸鼠。有触须，但弯曲。在头部或身体其他部位常有短毛出现。26周龄时，皮肤上有棕色磷片状薄片覆盖。随后变得光滑无毛。6周龄之后，有些个体长毛，但较正常鼠稀少，并很快脱光。胸腺缺失，为棕色脂肪取代。但可见一个小而极异常的退化胸腺存在。细胞免疫缺陷。T细胞功能退化或缺失。此外，还有高血压大鼠（以SHR最为名贵）、癫痫突变(tr)大鼠等。,八、遗传工程动物,转基因动物,以实验方法将外源性目的基因或特定DNA片断，导入到动物的基因组内，进而改造原来动物的遗传学特性，而产生的遗传工程动物。,基因剔除动物,利用同源重组原理，使胚胎干细胞内的目的基因进行定点突变(基因打靶)，将定点突变的胚胎干细胞注射到宿主胚胎中，再将胚胎植入假孕母体的子宫内，使其发育成目的基因缺陷的嵌合体，经一定方式的交配繁殖后，筛选出目的基因缺陷型的纯合子即基因剔除动物。,克隆动物,利用核移植等技术，得到遗传上与亲本动物完全相同的无性繁殖系，称为克隆动物。,第二节 实验动物微生物质量的标准化,一、实验动物的微生物分类二、无菌动物和悉生动物三、无特定病原体动物（SPF）四、清洁动物和普通动物,动物在开放系统条件下饲养，会受到自然界微生物、病毒和寄生虫的侵袭，一般都带有细菌、病毒和寄生虫，显性或隐形感染某些疾病。因此，用这些类动物进行实验，敏感型较差，反应性不一致，结果不易重复。更严重的是大部分实验动物是人兽共患病的易感宿主。与这些动物接触，将可能导致实验人员和动物饲养人员的疾病感染。因此，要提高实验的准确性，必须对实验动物的微生物和寄生虫加以控制，即实验动物微生物质量标准化，使其消除或最大程度地减少微生物和寄生虫对实验结果的干扰，保证实验结果的准确。,一、实验动物的微生物分类,按照微生物寄生虫控制程度，将实验动物分为四类：无菌动物（germ free animal GFA）悉生动物（gnotobiotic animal GNA）无特定病原体动物(specific pathogen-free animal SPFA)普通动物（conventional animal CVA）,我国实验动物管理条例，把实验动物分为四级：一级为普通动物，主要用于教学；二级为清洁动物，用于一般动物实验；三级为SPF动物；四级为无菌动物（包括悉生动物）。三、四级动物要求较高也较贵，用于特殊目的和要求的实验。,二、无菌动物和悉生动物,基本概念,无菌动物是指在隔离系统饲养的，用现在的检测技术，在动物体内外的任何部位均检测不出任何微生物和寄生虫的动物。这类动物是在无菌条件下人工剖宫产获得的子代动物，再放在无菌隔离系统内用人工喂乳或无菌动物代乳饲育而成。悉生动物又称已知菌动物，是指在隔离系统饲育的，经检测其体内外仅有经人工有计划接种的已知微生物或寄生虫的动物。这类动物是向无菌动物接种一种或几种已知菌而获得的。根据所接种的已知菌种类，分为单菌、双菌、三菌和多菌悉生动物。悉生动物有广义和狭义之分，广义的悉生动物包括无菌动物、已知菌动物和无特定病原体动物；狭义的悉生动物即指已知菌动物。,无菌动物的特点及应用,特点：（1）形态学改变：消化系统：主要变化在肠道上，无菌动物肠道肌壁薄，盲肠肥大，比普通动物大56倍，肠粘膜绒毛增多，肝脏重量下降；血液循环系统：心脏相对缩小，白细胞增多；免疫系统：淋巴结和脾脏发育不良，无二级滤泡。（2）生理学改变：免疫能力降低，其免疫功能基本处于原始状态，对微生物感染异常敏感；无菌鼠与普通鼠相比无明显变化，无菌豚鼠和无菌兔比普通者生长缓慢；无菌条件对大小鼠生殖无明显影响，无菌豚鼠和无菌兔比普通者繁殖力低。,应用：（1）在微生物和寄生虫研究中的应用：研究某些疾病的病原，如猫瘟病毒，正常猫易感染，无菌猫不易感染，说明感染受肠道微生物的影响；研究微生物间的拮抗作用，如利用无菌动物来研究哪种菌可拮抗假单孢菌，对放射研究很重要，因照射后常出现此菌；研究病毒病；研究细菌学，尤其是正常菌丛间的相互拮抗性及细胞和宿主间的关系；另外可以研究真菌感染、各种寄生虫感染等。,(2)在免疫研究中的应用：研究免疫系统功能和机体受感染后感受性改变的关系；研究细胞间介及其在癌瘤预防上的作用；研究丙种球蛋白和特异性抗体等。,(3)在放射医学研究中的应用：用无菌动物研究放射的生物学效应，就可以将由放射所引起的症状和因感染而发生的症状分别出来。无菌动物能耐受较大剂量的X线照射，用致死剂量照射后动物的存活时间也要长些。大剂量射线照射普通动物，除照射本身影响外，尚有肠道微生物的影响。而照射无菌动物则主要为照射本身引起的后果。,(4)在营养、代谢研究中的应用：研究营养的模型：很多营养成分是靠细菌降解的。正常动物的肠道可合成维生素B、K。应用无菌动物可研究哪些细菌可合成维生素B、K；代谢研究：如胆固醇和微生物关系的研究。,(5)在老年学研究中的应用：无菌动物是老年学研究的理想动物模型。因为无菌环境排出了微生物感染的干扰，是研究生命的重点成为现实。研究证明：无菌大鼠的心、肺、肾、脑等部位都没有与年龄相关的病变，普通大鼠则有，普通大鼠的寿命一般23年左右，而无菌大鼠的寿命可达34年，由此说明微生物与机体的老化有关。,(6)在毒理学研究中的应用：普通豚鼠对青霉素敏感，而无菌动物则无此反应。因此，青霉素过敏是因肠道菌代谢过程中引起的过敏。用大豆喂养动物，发现有中毒现象，但用同样食物喂无菌动物则无影响。,(7)在肿瘤研究中的应用：小鼠肿瘤常因病毒引起，有些病毒还可通过胎盘，如白血病病毒，故无菌小鼠有研究肿瘤的价值。免疫抑制剂要用无菌动物进行试验，因普通动物用免疫抑制剂可降低其抵抗力，致其继发感染而死亡。研究致癌物质的致癌作用需用无菌动物。如给无菌动物吃苏铁素时不引发肿瘤，但对普通动物则致癌。这是因为微生物将苏铁素转变成为致癌物而诱发癌变。(8)在宇航研究中的应用：在宇航研究中应用无菌动物和已知菌动物，主要是：保护地球免除地球外微生物的侵入；保护宇航员，避免使其自身的菌群发生有害的变化。,(9)在牙病学研究中的应用：用无菌大鼠作龋齿病研究，发现引起龋齿的病因不是乳酸杆菌，而是一种链球菌有致龋齿作用。从人体龋齿中分离出三株厌氧性链球菌，分别经口接种到无菌小鼠和大鼠，证明有高度致龋齿作用，各种粘液性链球菌致龋齿作用最强。,悉生动物的特点及应用,特点：悉生动物来源于无菌动物，其体内有不同种类的几种微生物定居，形成动物与微生物的共生复合机体。悉生动物不会象无菌动物那样发生维生素缺乏症,悉生动物的生活力较强，抵抗力明显增强，也易于饲养管理，在有些实验中可作为无菌动物的代用动物。中国药检所的五联菌悉生动物是将大肠埃希菌、表皮葡萄球菌、白色葡萄球菌、粪链球菌和乳酸杆菌五种细菌接种无菌小鼠，可代替无菌小鼠进行药物检定。在免疫学实验中，无菌动物不发生迟发性过敏反应，而感染一种大肠杆菌的悉生动物就可以发生迟发性过敏反应。,由于悉生动物可排除动物体内带有各种不明确的微生物对实验结果的干扰，因而可作为研究微生物与宿主、微生物与微生物之间相互作用的动物模型。微生物学的研究：悉生动物应用在微生物学研究是一个突出的例子。只有选用悉生动物，才有可能了解到单一微生物和机体之间的关系。多种微生物存在于同一机体可以观察微生物与微生物之间及其与机体之间相互关系和菌群失调的现象。当对某种悉生动物施于物理、化学等其它致病因子时则可现察机体、微生物、致病因子三方面相互作用关系。,应用,（2）免疫学研究 悉生动物可以弥补无菌动物的某些缺点。无菌动物抵抗力很弱，饲养管理的难度大。使无菌动物感染某种细菌后（即成为悉生动物)其抵抗力明显增强。所感染的微生物或寄生虫和种类可根据实验目的而定，因此适宜作某些特定的实验，如在免疫学实验中，无菌动物不能发生迟发性过敏反应，而感染一种大肠菌的悉生动物就可以发生。,（3）抗体制备研究 研究表明，普通动物消化道内约有100200种细菌，取1g肠内容物约有1061012个菌，菌就是一种抗原，因此用普通动物很难制备较纯的抗体。无菌动物缺乏抗原刺激，免疫系统处于“休眠”状态，对外来的抗原刺激，有迅速、单一和持久作出反应的特性。如果将单一菌株植人无菌动物，那么可制备抗该菌的、较纯的、效价较高的、且不会污染其它微生物的抗体。曾有人从自幼采食无抗原食物的无菌家兔上，制备了无交叉反应的诊断百日咳的抗体。,（4）克山病病因学研究 克山病病因学说有两种，一种矿物盐说认为克山病是因为体内缺乏硒引起，另一说认为镰刀状黄曲霉菌是引起克山病的元凶。中国农业大学用植入黄曲霉菌动物的实验研究证明，动物的症状与克山病病人的症状相似，硒不足能加重病情，而不会诱发克山病。（5）其它方面研究 悉生动物还广泛应用于人和动物的骨髓移植、人类和动物肿瘤及其治疗、病毒学、营养代谢、生理学、外科病人感染控制等方面。,三、无特定病原体动物（SPF）,基本概念：是指在屏蔽系统或隔离系统饲育的，经检测体内外无质量标准规定的特定病原微生物和寄生从存在，但可带有非特定的微生物和寄生虫的动物。实际上是无传染病的健康动物。它和悉生动物的区别是：SPF动物体内外排除哪些微生物和寄生虫是已知的，悉生动物体内外携带哪些微生物是已知的。,人工培育：SPF动物即可来自无菌动物繁育的后代，也可剖宫取胎后在隔离屏障实施中由SPF动物亲代抚育，它不带有特殊的微生物，但不能排除胎盘屏障传播的微生物。一般先培育无菌动物，后再转移到屏障系统的设施中饲养繁殖。,卫生部对SPF动物微生物监测标准中应排除细菌和病毒种数,应用 国际上公认SPF动物适用于所有科研试验，是目前国际标准级别的实验动物。SPF动物由于既排除了病原体的干扰，又价格低于悉生动物，在生命科学研究中得到了广泛的应用和肯定。其应用价值在于他无人畜共患病、无主要传染病、无对实验研究可能产生干扰的微生物。,四、清洁动物和普通动物,清洁动物：清洁动物也称清洁普通动物或最低限度疾病动物(minimal disease animal，MDA)，是指原种群为屏障系统中的SPF动物或剖宫产动物，饲养在半屏障系统中的其体内外不带有质量标准规定的人畜共患病病原体或动物传染病病原体的动物。清洁根据我国国情而设定的等级动物，目前已成为适用于科研的标准的实验动物，清洁动物来源于SPF动物或无菌动物或悉生动物或剖宫产动物。清洁动物比SPF动物要求排除的微生物和寄生虫少，但不带有人畜共患病和主要传染病的病原体，也无明显可见的疾病临床症状、脏器病理变化和异常死亡，在进行血清病毒抗体检测(如脑脊髓病毒、鼠肝炎病毒等)却经常可查出一定滴度的抗体。,清洁动物可免受动物疾病干扰和排除化脓性细菌等微生物对实验的干扰，且是一种价廉易得的健康动物。国际上普遍认为清洁动物仅适合于短期或部分科研实验。根据国外的实验动物工作发展状况及国内的具体条件，清洁动物近年来在我国得到较广泛的应用。它较普通动物健康，又较SPF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。我国针对自己的实际情况，认为这类动物目前可适用于大多数科研实验，应是国内科研工作主要要求的标准级别的实验动物，可应用于生物医学研究的各个领域。因此，在我国可作为一种用量多的标准实验动物，用于短期、中期、对带菌要求不严格以及免疫系统无抑制作用的实验研究。,应用,普通动物：普通动物即通常动物，指未经严格的微生物和寄生虫控制，饲养在开放系统中的其体内外不带有质量标准规定的主要人畜共患病和动物烈性传染病病原体的动物,是实验动物中微生物寄生虫控制要求最低的动物。,（1）普通动物的微生物学特性 为了预防人和动物共患病及动物群中烈性传染病的发生，普通级动物在饲养管理中必须采取 一定的防护措施。如饲料、垫料要消毒，并防止野鼠的污染；饮水要符合城市饮水卫生标准；青饲料应经洗消后再喂；外来动物必须严格隔离检疫；房屋要有防野鼠、防昆虫的设备；要坚持经常性的环境卫生及笼器具的清洗消毒，严格处理淘汰及死亡动物；限制无关人员进入动物室。该类实验动物是在微生物控制上要求最低的动物，如普通小鼠只排除鼠疫病毒、流行性出血热病毒、淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒、沙门菌、皮肤真菌、弓形体及体外寄生虫 等对人体和动物危害较大的病原体。,（2）普通动物的生理学特性 普通级动物应具有健康动物的外貌及正常的饮食，粪便与尿液的外观符合健康动物排泄物的外 形与气味，毛色光泽、贴身，行动无异常，头、脸、四肢不肿胀，无弓背吊腹的表现，体表淋巴结不肿大，皮肤有弹性，无瘢痕及缺损，眼 角与鼻孔周围无分泌物附着，呼吸平稳不气喘和咳嗽，肛门及后躯清洁。解剖时动物的肝、肺、淋巴结正常，心、肝、脾、肺、肾、脑、生殖器等，无眼观病灶。,（3）普通动物的应用 由于普通级动物，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生物医学中示教之用，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，由于普通动物繁殖力强，生产量大，适宜作一般性的实验用。,无菌动物,清洁动物,普通动物,SPF动物,悉生动物,体内无特定微生物和寄生虫,体内有已知微生物,半屏蔽系统,开放系统,开放系统,开放系统,无菌动物、SPF动物和普通动物优缺点比较,短期实验 长期实验,短期实验 长期实验,短期实验 长期实验,不同等级动物在生命科学各学科的应用,SPF动物,下节讲授内容,实验动物的饲养管理,