第一章实验动物学总论.ppt

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1、1,Tel:64286291/5 13718332362E-mail:,2,第一章 绪论第二章 实验动物的遗传育种及遗传质量监测第三章 实验动物的环境控制第四章 实验动物的营养学控制第五章 医学常用实验动物的特点与应用第六章 动物实验的基本技术和方法第七章 医学研究中的动物模型,教学安排,3,实验动物学绪论,4,重点内容一 基本概念实验动物实验用动物二 实验动物分类方法 按遗传学控制原理分类 按微生物和寄生虫学控制程度分类三 AEIR&三R原则,实验动物学绪论,5,一 实验动物和实验用动物（一）实验动物(Laboratory animals)是指经人工培育，对其携带的微生物实行控制；遗传背景明

2、确或来源清楚的，用于科学研究、教学、生产、检定以及其他科学实验的动物（二）实验用动物(Animals for research；Experimental animals）所有用于科学实验的动物统称为 实验用动物。包括 实验动物，野生动物 经济动物，观赏动物,6,二 实验动物学的定义和范围（一）定义 实验动物学（Laboratory animal science）是研究实验动物和动物实验的科学（二）研究范围 1.实验动物遗传育种学 2.实验动物饲养学 3.实验动物环境生态学 4.实验动物营养学 5.实验动物饲养管理 6.实验动物医学 7.比较医学 8.动物实验,7,三 实验动物的重要性（一）实验

3、动物是生命科学研究的支撑条件之一 生命科学实验研究的四个支撑条件-AEIR要素 A：Animal：实验动物 E：Equipment：仪器设备 I：Information：信息 R：Reagent：试剂（二）实验动物在生命科学研究中被广泛应用，很多重要 的科研成果来源于实验动物（三）实验动物是人类的替身，起着“活 的天平”和“活的化学试剂”的作用（四）实验动物工作实行法制化管理,8,四 实验动物的分类（一）传统的动物学分类方法自然分类法大鼠为例 动物界(kingdom animal)、脊椎动物门(phylum vertebrata)哺乳动物纲(class mammalia)啮齿目(order r

4、odentea)鼠科(family murinae)大家鼠属(genus rattus)大家鼠种(species rattus norvegicus)学名：褐家鼠（大家鼠）(Rattus norvegicus)多数情况下，根据不同目的进行种下 分类，把实验动物划分为不同品系,9,（二）按实际用途分类 1、实验动物（Experimental animals)2、经济动物（Economical animals），或称家畜、家禽 3、野生动物（Wild animals）4、观赏动物（Exihibiting animals）（三）按遗传学控制分类 根据基因的纯合程度，把实验动物分成下列三类：1、近交系

5、动物（Inbred strain animals）2、杂交群动物（Hybrid colony animals）（杂交一代，F1代动物）3、封闭群动物(Closed colony animals)4、突变系动物（Mutant strain animals）,10,1、近交系动物（Inbred strain animals）又叫纯系动物。是采用同胞兄妹或亲子交配，连续繁殖20代以上所培育出来的，遗传上达到 高度一致的动物群。基因纯合程度可达99.8%。主要指啮齿动物；可出现近亲交配衰退。亲子交配与兄妹交配不能混用。亲子交配时必须采用年轻的双亲同其子女交配。较大动物纯种培育很难获得成功，因为世代间

6、隔较长，费用较大，所以成功率低。禽类和兔的血缘关系达到80%以上（相当于兄妹交配四代）时，即可称 为近交系。,11,2、封闭群动物(Closed colony animals)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情况下，至少连续繁 殖4代以上，称封闭群。封闭群又称远交群。3、杂交群动物（Hybrid colony animals）（杂交一代，F1代动物）由不同品系或种群之间杂交产生的后代 例如：C57BL/6JDBA/2B6D2F1（B6为 C57BL/6J的缩写，D2 为 DBA/2的缩写）,12,4、突变系动物（Mutant strain animals）具有特殊

7、突变基因的品系动物，正常染色体基因发生 突变，并具有各种遗传缺陷的动物。在长期繁殖过程 中，动物的子代突然发生变异，变异的基因位点又可 遗传下去，或者即使没有明确的基因位点，经淘汰和 选育后，仍能维持其稳定的遗传性状。这种变异能 继续保持遗传基因特性的品系动物，称为突变系动物。如无胸腺裸鼠、无K细胞、或无K、无B、无巨噬细胞 等裸鼠。用于免疫研究、移植实验等。,13,（四）按微生物与寄生虫学控制程度分类 1、无菌动物（Germ free animals，GF）悉生动物(Gnotobiotes animals，GA)2、无特定病原体动物(Specefic pathogen free animal

8、s，SPF）3、清洁动物(Clean animals，CL)4、普通动物（Conventional animals）,14,1、普通动物（Conventional animals）未经积极的微生物学控制，饲养在开放卫生环境里的动物。垫料、饲料和饮水一般不消毒，饮用普通自来水。所谓普通动物也并不是对微生物没有一定控制的一般动物，而是要求不带能够感染人的微生物和体外寄生虫。这种动物只能供教学和一般实验用。,15,2、清洁动物(Clean animals，CL)又称最低限度疾病动物,体内、外不携带人畜共患的病原体或动物传染病病原的动物，不能带有体外寄生虫和大部分体内寄生虫。3、无特定病原体动物(Sp

9、ecefic pathogen free animals，SPF）体内不存在特定病原微生物和寄生虫的的动物，简称SPF动物。是指无传染病的健康动物。这种动物都是来自无菌动物或悉生动物，转移到屏障系统中饲养。要在屏障系统环境设施中饲育繁殖和进行实验，要进行严格消毒、检疫、隔离并定期剖腹净化。,16,4、无菌动物（Germ free animals，GF）体内、外无任何可检测出的活的微生物和寄生虫 的动物。来源于无菌手术剖腹取胎，饲养在无菌 隔离器内，人工喂乳或保姆代养培育而成。悉生动物(Gnotobiotes animals，GA)体内携带有已知微生物的动物。这种动物来源于 无菌动物，人为的投给

10、已知的单菌、双菌、三菌 或多菌。这些均为已知菌，与无菌动物一样，饲 养在隔离器中。,17,NOTE 根据新修订的国家实验动物微生物、寄生虫质量标准，我国从2002年5月1日起取消了普通级大、小鼠标准，将实验大、小鼠分为三类：清洁级、无特定病原体级、无菌级（包括悉生动物）。其它品种实验动物仍然分为普通级、清洁级、无特定病原体级、无菌级（包括悉生动物）四级。,18,【上海斯莱克实验动物有限责任公司】【中国科学院上海实验动物中心】【国家啮齿类实验动物种子中心上海分中心】【北京维通利华实验动物有限公司】,19,NOTES,The Three Rs:Reduction:Reductions in the

11、 numbers of animals used to obtain information of a certain amount and precision.Refinement:Decrease in the incidence or severity of pain and distress in those animals that are used.Replacement:Substitution of insentient material for animals or substitution of a lower species,which might be less sen

12、sitive to pain and distress,for a higher species.,20,21,22,23,利用动物善待动物,24,25,26,第二章 遗传质量控制,重点内容（了解）基本概念命名原则,27,实验动物的遗传背景与反应特性是影响实验结果的重要因素，不同遗传背景与反应性的实验动物，对同一刺激有时可引出不同质和量的反应。从遗传学角度讲，实验动物应是具有明确遗传背景并受严格遗传控制的，属于遗传限定性动物。,28,第一节 遗传学分类,一、实验动物按遗传学控制分类近交系动物（Inbred strains)杂交F1代动物(F1-Hybrid)封闭群动物(Closed-colon

13、y),29,种、品种和品系的概念,1、种(species)：是生物学分类的最基本单位，是指有繁殖后代能力的同一种类的动物。而有生殖隔离的动物则是异种动物。,30,2、品种(stock)：是种以下的进一步的分类。品种一般系指具有一些容易识别和人们所需要的性状，且具有稳定遗传特性的动物群体。如青紫蓝兔、Wistar大鼠、KM小鼠等。,31,3、品系(strain)：在实验动物学中把基因高度纯合的动物称作品系动物。如，C57BL/6是近交系动物中的一个品系，属低癌、高补体活性的动物。,32,二、作为品种、品系的条件,1.相似的外貌特征 同一品系或品种具有相同的外貌特征。如毛色。C57BL/6黑色；D

14、BA/2灰色；KM-白色 但不同品系、品种的动物也有外貌相似的。,KM,ICR,33,2.独特的生物学特性 独特的生物学特性是一个品系、品种存在的基础。就白化小鼠而言多达几十个品系，但每个品系、品种的生物学特性都有或多或少的差别。例如A系经产鼠中高发乳腺肿瘤（80%），A系老年鼠多有肾脏病变，AKR系小鼠自发淋巴细胞白血病（60%-90%）。,34,3.稳定的遗传性能 作为一个品系，不仅要有相似的外貌特征，独特的生物学特性，更重要的是要有稳定的遗传性能，即在品系、品种自群繁殖时，能将其特性稳定地传给后代。换言之，就是一个品系、品种必须具有一定的育种价值。,35,4.共同的遗传来源和一定的遗传结

15、构 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，其遗传结构也应是独特的。例如，KM小鼠Glo-l位点为a基因，为单一型，而NIH小鼠在该基因呈多态分布，a、b型基因频率分别为67和33。如果将上述两个品种建立基因概貌就发现它们在基因概貌上的差异，而品种内这种差异是有限的。,36,第二节 近交系动物,一、基本概念1.近交（inbreeding)：经至少连续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代或以前代数的一对共同祖先。近交系数99%,37,第二节 近交系动物,现有品系 AKR、BALB/c、C57BL、DBA/1/2、CBA,38,2.近交方式：全

16、同胞交配亲子交配半同胞叔侄祖孙,39,3.近交系数：根据近亲交配的世代数，将基因的纯化程度用百分比来表示。,近交系数 FX=（1/2）n1+n2(1+FA)FX:X的近交系数 A:父系和母系的共同祖先FA:A的近交系数 n1:A至X的父代的代数 n2:A至X的母代的代数,40,理论上，随着同胞交配或亲子交配世代数的增加，近交系数上升，到20代时，近交系数可达98.6，杂合基因仅剩1.4。,41,4.亚系(substrain):一个近交系内各个分支的动物之间，已经发现或十分可能存在遗传差异。,42,亚系分化存在以下几种情况：同一近交系在兄妹交配40代以前分离（即分支发生于F20到F40之间），很

17、可能由于残余杂合性而导致形成亚系。一个分支与其他分支分开繁殖超过100代，可能由于突变形成亚系。已发现有遗传差异的品系产生这种差异的原因可能是残留杂合、突变或遗传污染(即一个近交系与非本品系动物之间杂交引起遗传改变)。,43,二、近交系动物的特征(一)基因纯合性和同基因性 具有相同的基因型和表现型，实验结果正确、可靠 基因位点上的纯合概率98.6，导致动物群体不再携带未知的隐性基因，品系将会保留和表现所有的遗传性状。,44,（二）各品系具有独特性 近交系培育后，每个品系从物种的整个基因库只获得少部分基因，这些基因的组合构成了品系的遗传组成。因此，每个品系在遗传组成上是独一无二的，具有独特的表型

18、特征,45,（三）研究结果一致性 同一近交系动物，在相同条件下所取得的试验结果应该一致，便于国内与国际学术交流和试验重复,46,（四）可作为有价值的动物模型 心、脑血管病、肿瘤等多种人类疾病均可用近交系动物进行试验,47,（五）遗传背景清楚 各品系均有详细的遗传学资料，遗传背景明确，生物学特性、生理生化特点、常见疾病等均有系统研究，便于研究者查询和应用,48,第三节 封闭群动物,现有品系 KM、ICR、NIH小鼠；Wistar、SD大鼠 青紫兰、新西兰兔,49,一、封闭群（closed colony)以非近亲交配方式进行繁殖生产的一个实验动物种群，在不从外部引入新的血缘条件下，至少连续繁殖4代

19、以上,50,二、封闭群动物的特点及应用1、封闭群动物避免了近亲交配，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。广泛应用于实验，一般实验及学生的教学。,51,2、封闭群动物（远交种）的遗传组成具有很高的杂合性，类似于人类群体遗传异质性的遗传组成，用于人类遗传学研究、药物筛选、毒物试验，生物制品和化学药品的鉴定等方面。3、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。,52,4、封闭群动物的

20、突变种携带的突变基因通常可导致动物某些方面的异常，成为生理学、胚胎学和医学研究的模型。如高血压大鼠。5、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。,53,常用的封闭群动物,SD大鼠,毕格犬,青蓝紫兔,ICR小鼠,54,第四节 杂交F1代动物,55,第四节 杂交F1代动物,一、杂交F1代动物（F1-hybrid)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,56,两个用于生产杂交F1代的近交系称为亲本品系（parental strain)，提供雌性的为母系(

21、maternal strain)，在前，提供雄性的为父系(paternal strain)，在后。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。,57,NOTE 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 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，如果进行自群繁殖则在F2时会发生遗传上的性状分离,58,二、杂交F1代动物的特点及其应用1

22、、遗传和表型的一致性：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。故可获得精确度很高的实验结果，广泛用于营养、药物、病原和激素的生物学评价。,59,2、基因型一致：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，可接受个体间、亲本品系细胞、组织、器官、肿瘤移植。用于免疫学、发育生物学研究。,60,3、与近交系相比具有杂交优势 近交系动物的生活力、对疾病的抵抗力、对实验的耐受性都较差，而且较难繁殖和饲养，反之，F1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。在某些方面比近交系更适用于科学研究。可作为代乳动物，卵、胚胎、卵巢移植的受体

23、。,61,4、国际分布广泛：杂交群动物已广泛应用于各类实验研究，实验结果便于国际上进行重复和交流。,62,5、在医学生物学中的应用（1）干细胞研究（2）移植免疫研究（3）单克隆抗体研究（4）细胞动力学研究（5）作为某些疾病研究的模型,63,三、常用杂交F1代小鼠 1.AKD2F1 AKRDBA22.BA2GF1 C57BLA2G3.BCF1 C57BLBALB/C4.BCBAF1 C57BLCBA5.B6AF1 C57BL/6A6.BC3F1 C57BLC3H7.B6D1F1 C57BL/6DBA/18.CAF1 BALB/cA9.CAKF1 BALB/cAKR,64,第五节 实验动物的命名,

24、65,国际小鼠标准化遗传命名委员会 International Committee on Standardized Genetic Nomenclature for Mice 制定小鼠命名法国际大鼠遗传命名委员会 Rat Genome and Nomenclature Committee制定大鼠命名法其它实验动物命名参照大小鼠进行命名,66,了解已命名大小鼠的途径：Mouse News Letter每2年 Inbred Strains of Mice每2年Cancer Research每4年http:/www.informatics.jax.orghttp:/www.rgnc.gen.gu.s

25、e,67,一、近交系动物的命名1普通近交系的命名(l)品系名称一般为1-4个大写的英文字母。如：A、BALB、DBA(2)有些品系名称用大写字母与数字结合表示，且数字总是紧随着第1个大写字母。如：C57BL、C3H(3)有些较早使用的非正规命名，已为国际广泛接受，其原有命名继续沿用。如：129、615,1913年H.J.Bagg用从Ohio宠物商那里得到的品系培育出“Bagg albino”1923年McDowell将其进行近交1932年Snell得到第26代1935年Andervont引入该品系1951年NIH从Andervont引入第72代1974年Charles River从NIH引入该

26、品系，1975年进行了剖腹产2001年维通利华从Charles River引入第12代核心群,68,(4)繁殖代数表示法：A（F87)，表示A系近交的第87代。AKR(F?+10)，未知的代数加已知的代数。C57BL/Jnga(F73+26)，引入时的代数加自繁代数。,69,2亚系的命名 在原系名称后划一斜线，加亚系符号。亚系符号有下面几种情况：亚系符号用研究人员或研究机构名称的缩写字母表示。首字母大写，其余小写。如：A/He指品系A的Heston亚系，CBA/J指CBA在Jackson 实验室的亚系。老亚系中出现新亚系，可以在老亚系后加新亚系符号，如YBR/HeW就是将YBR/He迁入Wil

27、son处形成的新亚系,70,亚系符号用数字或小写字母表示。仅出现于众所周知的品系里，例如：BALB/c，DBA/1，DBA/2。亚系符号用字母加数字表示。一个实验室在某一品系后产生一个以上的亚系时，例如：C57BL/6J 是指在Jackson 实验室保持的C57BL/6。,71,二、封闭群动物的命名1.一般以2-4个大写英文字母命名，如NIH小鼠2.由于历史原因已广泛使用的封闭群动物，沿用其原来的名称。如：Wistar大鼠，New Zealand兔,72,3.种群保持者名称：种群名称 种群保持者名称为14个英文字母的缩写，首字母大写，其余小写,保持者与种群名称间用冒号分开。如 N:NIH:美国卫生研究院（N）保存的NIH小鼠 Lac:LACA：英国实验动物中心（Lac）保持的 LACA封闭群小鼠,73,三、杂交F1代动物的命名 杂交群应按以下方式命名：此雌性亲代名称在前，雄性亲代名称居后，二者之间以大写英文字母“”相连表示杂交。将以上部分用括号括起，再在其后标明杂交的代数（如F1等）对品系或种群的名称可使用通用的缩写名称。例如：（C57BL/6 DBA/2）F1=B6D2F1,