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1、,整个医学，只有经过实验的火焰，才能成为它所应当成为的东西。只有通过实验，医学才能获得最后的胜利。巴甫洛夫,实验动物的分类方法,Department of Pathophysiology Prof.Liuzhiyue,医学实验动物学,内容目录,动物的类群和生物学分类上的位置 动物的类群 常用实验动物在分类学上的位置 实验动物的基本概念 实验动物 实验用动物实验动物的分类方法 按用途分类 按遗传学控制原理分类 按微生物学控制原理分类 按我国实际情况分类,动物的种类繁多，已知约为150万种以上。为便于识别、研究和利用它们，必须进行分类。通常采用自然分类法，即以生物的外部性状/内部构造/生活方式/生
2、物的发生和彼此间的血缘关系等作为分类依据。,一、动物的类群,自然分类法,家犬（Canis familiaris Linne）分类系统如下：,动物界（Animal Kingdom）脊椎动物门（Phylum Vertebrata）哺乳纲（Class Mammalia）真兽亚纲（Subclass Eutheria）食肉目（Order Carnivora）肢脚亚目（Suborder Fissipedia）犬科（Family Canidae）犬属（Genus Canis）犬种（Species familiaris）,依据自然分类法，将已知的150万种动物分为11个门：,常用哺乳类实验用动物的分类位置,实
3、验动物(Laboratory animal)经人工培育，对其携带微生物实行控制，遗传背景明确，来源清楚，可用于科学实验，药品、生物制品的生产和检定及其它科学研究的动物。实验动物追溯其祖先，来源于野生动物、经济动物(家禽、家畜)或观赏动物(宠物)，但却又不同于这些动物。,二、实验动物的基本概念,（一）实验动物,第一，遗传学上要求，必须经人工培育，遗传背景明确，来源清楚：实验动物的涵义应是遗传限定的动物。经人工培育的动物，依据其基因纯合的程度，常把实验动物划分为近交系、突变系、杂交群和封闭群动物四大类群。第二，对其携带的微生物、寄生虫实行人工控制：所有实验动物的微生物、寄生虫都是在人工严格监控之下
4、繁育的。第三，从应用角度看，可以认为所有的实验动物，主要应用目的都是为了科学实验。,实验动物一般具有三大特点：,实验动物的特点以大小鼠为例见下表：,特 点 培育难点 遗传背景明确；基因纯 品种、品系复杂；保持 合性高 质量标准困难 遗传稳定性好；反应性 规格要求严格；可使用 一致 的时间短促 具有已知菌丛；模型性 无法控制的繁殖规律；状显著 对环境依赖性高 同品系实验重复性好；可出现近交衰退；易发 具有广泛性的分布 生突变,(二)实验用动物,实验用动物(Animal for research)是指一切用于科学实验的动物，包括野生动物经济动物、观赏动物和实验动物。实验用动物和实验动物尽管都起源于
5、野生动物，然而两者的概念却不尽相同。区别实验动物与实验用动物，不仅具有实践意义，而且具有理论价值。,二、实验动物的基本概念,科学家在全世界范围内进行一切科学实践活动首先要求不同专业的科学工作者，在各自不同时间、地点所进行的科学实验，彼此能有可比性可重复性和科学性。因此，必须应用同一品系的实验动物进行科学实验，这样才有可能在无差异的情况下获得相同的实验结果也就是说，希望采用同品系动物进行实验时，能获得如同采用“分析纯”试剂进行化学实验那样所达到的精确实验结果一样，才有可能使同类的动物实验获得可比性或可重复性。,为此必须从遗传学、微生物学、营养和环境生态学上对实验动物进行严格的控制。用于一般实验的
6、野生动物、经济动物和观赏动物，通常来源于自然环境之中，没有严格的人工控制，这些动物种群之间有较大的个体差异和群体差异。采用这样的动物进行实验，很难有可比性、可重复性，也就谈不上科学性。,标准化实验动物,三、实验动物的分类方法,(一)按用途分类,1实验动物 为人工专门培育供实验用的动物。2经济动物 或称家禽家畜，是指人类社会生活需要的动物经济动物的育种目标是为了满足人类社会需要，向高产、优质方向培育。,3野生动物 是在自然环境中生长繁育延续其种族的物种。未经开发和实验动物化的野生动物，不具备实验动物各种品系，很难成为标准的动物模型，所以，一般不用作科学实验。4观赏动物 指供人类观赏和玩耍的 宠物
7、而言，如鱼类鸟类、犬、猫等。,(一)按用途分类,法国小女孩蒂皮，1990年出生于非洲纳米比亚。蒂皮从小跟拍摄野生动物的父母在丛林长大，与野象相亲，同鸵鸟共舞，变色龙、牛蛙、豹子、狮子、狒狒一个个给她带来奇趣、欢乐、惊险、幻想，以至皮肉之苦，最终都成为她最好的朋友。,(二)按遗传学控制原理分类,按遗传学分类，可将实验动物分为两类：同基因型：又分为近交系、重组近交系、同源导入近交系、异单基因近交系动物和单亲纯合二倍体近交系动物、嵌合体动物、突变系动物、杂交F1代动物。不同基因型：有远交系和封闭群动物。按遗传控制原理、基因纯合程度，可将实验动物分为四类：近交系、突变系、杂交群、封闭群。,血友病B转基
8、因小鼠,基因克隆猪,是属于遗传上达到高度一致的动物群。它是采用连续20代以上兄妹交配(BS，brother-sister mating)或亲子交配(PO，Parentoffs Pring mating)，即亲代与子代交配培育而成。品系内所有个体都可以追溯到起源于第20代或以后代数的一对共同祖先。,1近交系动物,近交系动物具有稳定的遗传基础，个体间均一，比较相似。在理论上其基因纯合程度可达98.6-99.8（近交系数）。随着遗传学、肿瘤学、免疫学的迅速发展近交系动物在1913-1929年间相继培育了DBA、BALBc、C3H、CBA、C57BL等许多近交系。随后又培育出重组近交系、同源导入近交系
9、、异单基因近交系、嵌合体动物单亲纯合二倍体动物。,C57BL,DBA/2J,BALB/c,IVC,IVC通风系统,种子中心580M2隔离器保种室,迄今为止，已被公认的小鼠、大鼠、豚鼠、地鼠、兔等近交系都是经过长期高度的近亲交配和逐代反复严格选择、淘汰而培育的（纯系小鼠2500多种，大鼠近200种，豚鼠15种，地鼠38种及新西兰白兔）但鸡、鹌鹑、猪、犬、猫等若进行高度近亲交配，其繁殖力很快下降，若按其它动物的要求达到20代以上的近交程度是很困难的，因此，有人主张，鸡等动物的近交系数达到50，即可认为是近交系。,具有相同的基因型，表现型也一致，所以其反应是一致的。实验重复性好，用动物少，实验周期短
10、，节省人力、物力和时间。国际上分布广泛，便于国内和国际间学术交流和实验重复。,近交系动物的特点,近交系动物的特点,不同近交系各具特点，如有致癌品系（C3HA）、抗癌品系（C57）、致白血病品系（L615）等。长期遗传稳定性，近交系动物中各品系的遗传特性可世代相传。(如DBA系已维持了 70多年，C57BL系60多年，至今仍与原品系极相似)遗传背景明确，每个品系均有其详细的遗传学资料和历史资料可查，便于研究者查阅和选择应用。,突变系动物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。突变系动物是通过自然突变和人工定向突变的方法形成的。生物在长期的繁殖过程中，子代突然发生变异，其变异
11、的遗传基因等位点可以遗传下去，或即使没有明确的遗传基因等位点,但经人工淘汰和选拔后，能维持稳定的遗传性状,从而形成突变品系动物。,2突变系动物,根据Mouse News Letter1978公布的材料，在小鼠中已发现的突变基因648个(其中毛色突变基因130个，神经系统113个，蛋白质44个，皮肤与毛发82个，内分泌27个，红细胞生成24个，淋巴细胞同种抗原19个，免疫缺陷15个，肌肉9个，血红蛋白5个，补体5个等)。并且培育出了许多具有模型性状的突变品系动物，已培育成突变系小鼠350个品系，大鼠50多个品系以及无毛、无胸腺裸鼠等。,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，这就成
12、为很有科学价值的模型动物。本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，为研究人类肿瘤的科学工作者提供了极为方便而有效的研究手段。典型的如裸鼠（先天免疫缺陷动物）。其它疾病也是这样，有的突变品系动物与人的疾病一样或相似，则更是最好的动物模型。如肥胖鼠，它与人类有相似的肥胖病和糖尿病，肌肉萎缩症小鼠、自身免疫小鼠，则与人类的相应疾病类似。,肥胖小鼠,肥胖小鼠,是两个近交品系动物间有计划进行交配获得的第一代动物，亦称杂交一代，简称Fl动物。如（C57BL/6 X DBA/2）F1=B6D2F1 F1动物具有基因型相同，个体相同，表现型变异低，适应性强，反应敏感及分布广等特点，并具有双亲共有
13、的遗传特性。目前广泛用于各种实验，国际上已普遍应用。,3杂交群动物,由于双亲都是纯系，从遗传型上是异型结合体，具有两系双亲所有的遗传特性，子代个体间是杂合，但杂合的程度一致，个体基本相同。具有杂交优势，避免了近交衰退，生命力，适应性，抗病力，繁殖力均强。,3杂交群动物,概念：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。也指一个动物种群在5年以上未从外部引进其它任何新血缘品系，是由同一血缘品系进行随意交配，并在固定场所保存繁殖的动物群。,4封闭群动物（远交系）,1）保持一定的杂合性 2）保持相对稳定的遗传特征 3）个体差异
14、的大小取决于祖代 4）繁殖力、抗病力强、生产成本低 5）群体中存在有模型价值的突变基因,封闭群动物特点,常用的封闭群动物小鼠有KM、ICR、NIH CFW、LACA等，大鼠有SD、Wistar等，豚鼠主要有英国顿金哈德莱短毛种等，家兔有日本大耳白兔、新西兰白兔、青紫蓝兔、中国本兔等。封闭群动物抗力强，寿命长，易生产，成本低，可大量供应，因而广泛应用于预试验学生教学和一般实验中。封闭群动物也适宜做药物效果筛选等实验,封闭群动物应用,ICR,（三）按微生物学控制原理分类,实验动物所处的周围环境，包括实验动物本身，体内体表都寄生着大量种类繁多的微生物和寄生虫。标准化实验动物，对携带的微生物必须实行控
15、制，以确保科学实验不受干扰，使实验结果增加可比性、可重复性和科学性。目前，通过对实验动物进行微生物控制、检疫、消毒和剖腹产净化等措施，按照对微生物净化的程度，把实验动物划分为无菌动物、悉生动物、无特定病原体动物、清洁动物。,1)无菌动物特点：是指动物体内外用现有的检测技术，在各部位均检不出任何微生物/寄生虫的动物。这种动物在自然界中是没有的，它是经人工剖腹产净化培育出来的。一般是从临产健康母代动物剖腹净化而获得的子代动物。通常是放在无菌环境设施内经人工喂乳或无菌母代动物剖腹净化而获得的子代动物。通常是放在无菌环境设施内经人工喂乳或无菌母代动物代乳发育而成。,1、无菌动物特点及应用,P3级实验室
16、,工作人员操作高温高压灭菌器,P3级实验室无菌工作台,饲育员更换笼具,在微生物和寄生虫学研究中的应用 研究某些疾病的病原 研究微生物间的拮抗作用 研究病毒病 研究细菌学 研究真菌感染 研究原虫感染 长膜壳绦虫感染,2）无菌动物在生物医学研究中的应用,在免疫学研究中的应用 研究免疫系统功能/机体感染后感受性改变的关系 研究细胞间免疫及其在癌瘤预防上的作用 研究丙种球蛋白和特异性抗体 在放射医学研究中的应用 在营养、代谢研究中的应用 研究营养的模型 代谢研究 在老年病学研究中的应用,2）无菌动物在生物医学研究中的应用,在毒理学研究中的应用 在肿瘤研究中的应用 无菌动物在宇航研究中的应用 在龋齿病因
17、学研究中的应用 无菌隔离室在临床上的应用 免疫缺陷婴儿在无菌隔离室内进行剖宫产 和养育；肿瘤化疗病人在治疗中防止感染；器官移植病人在手术中防止感染；烧伤病人的感染预防；传染病人的隔离。,1）悉生动物特点 指在无菌动物体内植入已知寄生物的动物。如使大肠杆菌或双歧杆菌定居于无菌豚鼠体内，在进行微生物检测时,只能检测出大肠杆菌或双歧杆菌。一般根据投饲菌的菌种数，可分为单菌、双菌三菌和多菌悉生动物。通常把悉生动物、无菌动物分别放在无菌环境下饲养，防止其它微生物污染。实验工作同样要求在无菌环境下进行。,2 悉生动物特点及应用,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
18、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。微生物学研究 悉生动物应用在微生物学研究上是一个突出的例子。只有选用悉生动物，才有可能了解到单一微生物和抗体之间的关系。,2）悉生动物在生物医学研究中的应用,免疫学研究 悉生动物可以弥补无菌动物的某些缺点。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能够发生。抗体制备研究 如果将单一菌株植入无菌动物，那么可制备抗该苗的、较纯的、效价较高的、且不会污染其它微生物的抗体。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。,1）概念 指实
19、验动物体内不存在特定病原微生物和寄生虫的动物，简称SPF动物。实际上是无传染病动物，允许携带非特定微生物。国际上SPF一词的含意并不十分统一，因SPF一词已沿用多年,在没有更好的统一名称前仍沿用。文献中见到的COBS、BS、DF等一些不同的动物名称，实际上都是指SPF动物。,3无特定病原体动物 Specific Pathogen Free Animal(SPF),国际上公认SPF动物适用于所有科研实验，是目前国际标准级别的实验动物。各种疫苗生产所采用的动物应为SPF级动物。无特定病原体动物的应用价值在于它无人畜共患病、无主要的传染病、无 对实验研究可能产生干扰 的微生物。因为隐性感染 一般不会
20、影响外表健康的 动物，容易被忽视，但能 给实验带来严重的干扰。,2）SPF动物特点,SPF大鼠饲养盒,SPF屏障饲育设施,日常屏障维持(消毒液喷雾),SPF小鼠透明饲养盒,SPF动物饲养架,育成动物观察,物品准备区,1）概念 是指来源于剖腹净化、饲育在半屏障环境设施系统中，动物体内外不携带人畜共患的病原体或动物烈性传染病病原体的动物。2）特点 清洁动物的卫生标准，大体和SPF动物类似，不同的是抗体检查(脑脊髓病毒、鼠肝炎病毒等)经常可查出一定滴度，但不允许出现临床症状、病理改变和自然死亡。清洁动物一般用于短期、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。,4清洁动物,清洁动物是根据我
21、国国情而设定的等级动物，又称二级动物。目前在我国已成为适用于科研的标准实验动物。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。,4清洁动物,（四）按我国实际情况分类,实验动物微生物学质量控制是实验动物标准化的主要内容之一,按微生物学控制标准，或根据微生物净化程度，实验动物在我国分为四类:一级动物，为普通级动物(CV)*二级动物，亦称清洁动物(CL级)三级动物，即无特定病原体动物(SPF)四级动物，亦称
22、无菌及悉生动物(GF/GA),普通级动物是在微生物学控制上要求最低的实验动物。它要求不携带人兽共患疾病和动物烈性传染病的病原。普通级动物又称一级动物，在开放系统中饲养，与其它动物经常发生直接或间接的接触，因此，动物体内外所携带的微生物和寄生虫很难控制。但不能携带人畜共患病和烈性传染病的病原微生物。,普通级动物的概念,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。,普通级动物的特性,由于普通级动物是实验动物微生物控制不严的一类实验的动物，对实验结果的准确性和反
23、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。,普通级动物的应用,无菌动物、无特殊病原体动物和普通动物特点比较 实验项目 无菌动物 SPF动物 普通动物 传染病 无 无 有或可能有 寄生虫 无 无 有或可能有 实验结果 明确 明确 有疑问 应用动物数 少数 少数 多或大量 统计价值 很好 可能好 不准确 长期实验 可能好 可能好 困难 自然死亡率 很少 少 高 长期实验存活率 约l00 约90 约40 实验的准确设计 可能 可能 不可能 实验结果讨论价值 高 中 低,
