概述管理遗传

医学实验动物学 Medical Laboratory Animal Sciences,实验动物学系 陈振文 ,2,什么是实验动物?,3,一、实验动物 实验动物(laboratory animal)是指经人工饲育，对其携带的微生物实行控制，遗传背景明确或者来源清楚的，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 实验用动物（experimental animal)是指用于实验的各类动物。三、实验动物科学 (laboratory animal science)是研究实验动物和动物实验的一门综合行应用科学。,第一节 实验动物科学的基本概念,4,实验动物生物学：是研究不同种属、不同品种品系实验动物生物学特规律的基础学科。包括：一般生物学特特性、解剖特点、生理生化特性等。,实验动物环境生态学：是研究影响实验动物生存的环境与条件。例如饲养动物的房舍、通风、温度、湿度、光照、噪声、笼具、饲料、饮水以及各种垫料等。,一,二,第二节 实验动物科学研究范畴,5,实验动物遗传育种学：是利用遗传调控机理，采用传统的和现代生物技术手段，控制动物的遗传特性，培育新的动物品种品系和各种动物模型，家畜和野生动物的实验动物化。,实验动物营养学：是研究动物摄入、利用营养物质全过程与生命活动相互关系的科学。,三,四,第二节 实验动物科学研究范畴,6,实验动物微生物学与寄生虫学：是研究实验动物的微生物、寄生虫分类学、与人类的相互关系和对科学试验的干扰作用，探讨预防、检测、净化和治疗疾病方法和措施的科学。,六,实验动物医学：是专门研究实验动物健康标准和疾病的发生、发展、转归、诊断、治疗和预防及其在生物医学领域中应用的科学。,五,第二节 实验动物科学研究范畴,7,比较医学：是比较研究动物与人类生命现象的异同，特别对各种人类疾病进行类比研究，采用其异同点，通过建立实验动物疾病模型来研究人类相应的疾病。,动物实验技术：包括研究实验动物的饲养管理技术，各种监测方法和动物实验方法和技术标准等。,动物实验伦理学：是研究动物实验中如何体现人类的道德伦理价值观的科学。,七,八,九,第二节 实验动物科学研究范畴,8,实验动物福利：是专门研究如何科学地善待实验动物相关问题的科学。,动物实验替代方法：是研究如何用无知觉材料替代有知觉的动物实验，用低等级动物替代高等级动物，用无脊椎替代脊椎动物进行实验的科学。,十,十一,第二节 实验动物科学研究范畴,9,一、在医学生物学发展中发挥了重要作用,在医学生物学发展过程中，许多重要的发现和研究成果，往往与实验动物及动物实验密切相关。巴甫洛夫指出，没有对活动物的实验和观察，人们就无法认识有机界的各种规律，这是无可争辩的事实。,第三节 实验动物在医学生物学中的作用,10,动物实验,大量人类疾病起因于传染原,发现,抗原抗体反应,发现,实验肿瘤学,创立,一些多发病的基本性质,认清,“应激学说”,创立,临床医学许多重大技术创造和发展,微生物在传染病发病中的作用,证明,防治传染病起了重大作用,免疫性紊乱疾患的本质和补体的作用,了解,推动变态反应性疾病研究,发现化学致癌物质和致癌病毒,推动肿瘤学研究,根除和控制这些疾病,临床广泛应用激素疗法,起作用,医学上许多重大发现与动物实验的关系,11,表1： 早年医学研究,著名医学科学家的重大发现与动物实验的关系,表1： 早年医学研究,12,著名医学科学家的重大发现与动物实验的关系,表2 现代医学研究,13,二、现代医学生物学研究的重要支撑条件,在医学生物学研究领域里，进行实验研究的条件可概括为AEIR四个基本要素。 AAnimal(动物) E Equipment(设备) I Information(信息) R Reagent(试剂),14,三、新的动物种系及模型动物为生物医学的发展开辟了广阔前景,免疫缺陷动物的培育为人类恶性肿瘤异种移植及体外研究带来了生机。 具有鲜明人类疾病模型特征的模型动物品系达数千种。 通过转基因和基因敲除来创造动物新品系及新的动物模型将成为实验动物科学发展的新领域。,15,四、在医学生物学、工农业等各个领域的广泛应用,（一）医学生物学方面（二）制药工业方面（三）生物制品方面（四）轻工业与食品工业方面（五）农业和畜牧兽医方面（六）国防和军事科学方面（七）环保和地震监测等方面,第一章复习题,1、何谓实验动物和实验用动物（laboratory animal and experimental animal）?2、实验动物在医学生物学中的作用有哪些？3、在医学生物学研究领域里，进行实验研究的条件可概括为AEIR四个基本要素，如何理解实验动物在其中的重要作用？,16,17,第二章 实验动物管理与发展状况,一、国际上实验动物管理与发展概况 （一）实验动物标准化管理,1950年成立了美国实验动物科学学会；1952年，日本成立了实验动物中央研究所，专门从事实验动物标准化工作；1956年，联合国科教文组织、国际医学组织、国际生物学协会共同发起成立了“实验动物国际委员会”，后更名为国际实验动物协会；1956年，美国开始建立“实验动物饲养与应用认可程序”，为实验动物研究的专业性提供了标准化的程序；1961年，加拿大生物联合会建立了动物管理常务委员会，开始实验动物饲养管理标准化工作。,18,第二章 实验动物管理与发展状况,（二）实验动物科学发展,在实验动物科学发展历程中，近交系（1909年）、无菌动物（1943年）的成功培育和应用以及免疫缺陷动物（1962年）的问世是实验动物科学发展的里程碑。 在高等生物体中没有一个基因是单独活动的，基因功能的评估，唯一的办法是从分子生物学本身转移到生物个体即整体动物模型的分析。一般来说是:分子细胞组织器官个体 近年来，人们利用分子生物学技术和胚胎工程技术进行了大量的基因定位突变、基因敲除（Knock-out）和转基因（Knock-in）研究工作，成功地培育了上千种新动物（Transgenic Animal）和上百种动物生物反应器（Animal Bioreactor）。,19,第二章 实验动物管理与发展状况,(三) 实验动物发展趋势,实验动物使用总量下降，高质量实验动物使用量增加 实验动物品种、品系增加 实验动物模型走向商品化 实验动物替代材料的应用和替代方法的研究发展加快,20,第二章 实验动物管理与发展状况,二、国内发展概况,1988年10月31日经国务院批准，国家科委颁布实验动物管理条例。 1994年10月，颁布了实验动物中华人民共和国国家标准，2001年对1994年版国标进行了修订并于2001年8月发布，2002年5月1日实施。2010年第二次修改发布，于2011年10月1日实施。,21,第二章 实验动物管理与发展状况,实验动物科学发展规划框架,22,第二章 实验动物管理与发展状况,实验动物种子中心和种源基地分布图,23,第二章 实验动物管理与发展状况,24,第二章 实验动物管理与发展状况,实验用猴基地,实验用犬基地,25,第二章 实验动物管理与发展状况,SPF禽类中心,26,第二章 实验动物管理与发展状况,三、实验动物福利（Animal Welfare）,实验动物福利是指人类保障实验动物健康和舒适生存权利的理念及其所提供的相应外部条件。动物福利不是片面的保护动物，而是在兼顾对动物利用的同时，考虑到动物的健康舒适，并反对使用那些极端的利用手段和方式进行动物实验。动物福利更加强调保证动物健康和舒适的生存状态.制定动物福利标准不应该光凭人类的良心道德，而是要依据科学，达到使动物维持生理和心理上处于健康和舒适的状态来进行制定。,27,第二章 实验动物管理与发展状况,动物保护的含义： 1、为了保存物种资源或保育生物的多样性，人类社会所提供的各种有效的保护措施。 2、保护动物免受身体损伤、疾病折磨和精神痛苦等，减少人为的活动造成的直接伤害。也可以认为是动物的保健（heath)和福利(welfare)，也就是动物的康乐。,28,第二章 实验动物管理与发展状况,来自不久前结束的“国际动物福利与立法”国际研讨会的消息称，关于实验动物和动物贸易的福利问题的条文即将被写进相关国际法规中。目前世界上已经有许多国家制定了比较完善的动物福利法规。,29,第二章 实验动物管理与发展状况,国际上普遍承认动物有五大自由(1)享有不受饥渴的自由； (2)享有生活舒适的自由；(3)享有不受痛苦伤害和疾病威胁的自由；(4)享有生活无恐惧和悲伤的自由；(5)享有表达天性的自由。,30,第二章 实验动物管理与发展状况,提示：,一个国家的国民对动物的态度如何，在某种程度上是衡量一个社会文明程度的主要标志。 动物是人类共同的财富，它们以自己的生命贡献于人类生活，它们至少也应该享受生命的一般乐趣，而不应该在被虐待中走完一生。我国加入世界贸易组织，现在我们正大力提倡绿色环保，保护动物、善待生命不仅是所有善良人的愿望，也是社会走向稳定和文明的主要因素，更关系到国家在国际上的形象。,31,第二章 实验动物管理与发展状况,32,第二章 实验动物管理与发展状况,33,第二章 实验动物管理与发展状况,四、3R原则,3R原则作为一个系统理论最早是由英国动物学家William Russell和微生物学家Rex Burch提出，见于1959年出版的仁慈实验技术原理一书。随后逐渐得到世界范围内广大科技工作者的认同，被广为采用。3R即替代(replacement）、减少（reduction）和优化(refinement）。3R原则的推进，最终将使实验动物的使用量逐渐减少，动物实验结果的准确性、可靠性不断提高。,34,第二章 实验动物管理与发展状况,五、实验动物从业人员应具备的职业道德,1、正确认识和对待实验动物科技工作，热爱实验动物事业。2、自觉遵守实验动物各项法规、标准和管理规定。3、自觉遵守科技工作者应遵守的职业道德。4、爱护实验动物、善待生命，注重实验动物福利要求，遵守动物实验伦理规范。5、认真钻研业务，具有扎实的专业基础理论和技能。6、实事求是，注重信誉和承诺。7、科学严谨，态度认真，不弄虚作假。8、团结互助，乐意助人，热心服务。9、重视防护和生物安全，不污染环境，遵守社会公德。,第二章复习题,1、为什么说在实验动物科学发展历程中，近交系（1909年）、无菌动物（1943年）的成功培育和应用以及免疫缺陷动物（1962年）的问世是实验动物科学发展的里程碑？2、R的含义及拼写（replacement、reduction、refinement）？3、何谓动物福利（welfare）？4、动物的五大自由？,35,36,第三章 实验动物科学基本知识和技术,第一节 实验动物遗传学分类和质量控制,一般近交系 重组近交系 近交系动物 重组同类系 同基因型动物 同源突变近交系 同源导入近交系遗传限定动物 杂交群动物（近交系F1） 异基因型动物 封闭群动物,37,第三章 实验动物科学基本知识和技术,第一节 实验动物遗传学分类和质量控制,一、近交系 （一）概念 近交系（inbred strain）是经连续20代(或以上)的全同胞兄妹交配(或亲代与子代交配)培育而成,近交系数应大于99%,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。 （二）命名 以大写英文字母或大写英文字母加阿拉伯数字命名，符 号应尽量简短。如A系、BALB、TA1系、C3H。,38,第三章 实验动物科学基本知识和技术,第一节 实验动物遗传学分类和质量控制,（三）亚系和支系 近交系的亚系（substrain）分化是指一个近交系内各 个分支的动物群之间，已经发现或十分可能存在遗传 差异。 1亚系和支系的形成原因 近交代数达40代以前形成的分支。20-40之间。 一个分支与其它分支分开繁殖超过100代。 基因突变，残杂合基因或遗传污染。,39,第三章 实验动物科学基本知识和技术,第一节 实验动物遗传学分类和质量控制,2亚系的命名 亚系的命名方法是在原品系名称后另一道斜线（/），斜线后标明亚系的符号。 数字，如DBA/1、DBA/2等。 培育或产生亚系的单位或人的缩写英文名称，第一个字母用大写，以后的字母用小写。如A/He,表示A近交系的Heston亚系。 当一个保持者保持的一个近交系具有两个以上的亚系时，可在数字后再加保持者的缩写英文名称来表示亚系。如：C57BL/6J，C57BL/10J分别表示由美国杰克逊研究所保持的C57BL近交系的两个亚系。 一些建立及命名较早，并为人们所熟知的近交系、亚系名称可用小写英文字母表示，如BALB/c、C57BR/cd等。,40,第三章 实验动物科学基本知识和技术,第一节 实验动物遗传学分类和质量控制,（四）重组近交系 1定义（1）重组近交系(recombinant inbred strain RI）：由两个近交系杂合后，经连续20代以上兄妹交配育成的近交系。（2）重组同类系（recombinant congenic strain RC）：由两个近交系杂合后，子代与两个亲代近交系中的一个近交系进行数次回交（通常回交2次），再经无对特殊基因选择的近亲交配而育成的近交系。,41,第三章 实验动物科学基本知识和技术,第一节 实验动物遗传学分类和质量控制,2命名 （1）重组近交系的命名 由两个亲代近交系的缩写名称中间加大写英文字母X命名。由相同双亲交配育成的一组重组近交系用阿拉伯数字予以区分。如：由BALB/c与C57BL两个近交系杂育成的一组重组近交系，分别命名为CXB1、CXB2 ,42,第三章 实验动物科学基本知识和技术,第一节 实验动物遗传学分类和质量控制,（2）重组同类系的命名 由两个亲代近交系的缩写名称中间加小写英文字母c命名，用其中做回交的亲代近交系（称受体近交系）在前，供体近交系在后。由相同双亲交配育成的一组重组同类系近交系用阿拉伯数字予以区分。如：CcS1，表示由以BALB/c(C)为亲代受体近交系，以STS(S)品系为供体近交系，经2代回交育成的编号为1的重组同类系。,43,第三章 实验动物科学基本知识和技术,第一节 实验动物遗传学分类和质量控制,（五）同源突变近交系 1定义 同源突变近交系(coisogenic inbred strain)是两个近交系，除了在一个指明位点等位基因不同外，其他遗传基因全部相同。 2命名 由发生突变的近交系名称后加突变基因符号（用英文斜体印刷体）组成，二者之间以连接号分开，如：DBA/Ha-D。,44,第三章 实验动物科学基本知识和技术,第一节 实验动物遗传学分类和质量控制,（六）同源导入近交系 1定义 同源导入近交系（同类近交系）(congenic inbred strain)通过杂交一互交系或回交等方式将一个基因导入到近交系中，由此形成的一个新的近交系与原来的近交系只是在一个很小的染色体片段上的基因不同。简称同源导入系（同类系）。,45,第三章 实验动物科学基本知识和技术,第一节 实验动物遗传学分类和质量控制,2命名 由以下三部分组成：（1）接受导入基因的近交系名称；（2）提供导入基因的近交系的缩写名称，并与前项之间用英文句号分开；（3）导入基因的符号（用英文斜体）与前项之间以字符分开。 如：B10129-H-12b。表示该同源导入近交系的遗传背景为C57BL/10sn(=B10)，导入B10的基因为H-12b，基因提供者为本129/J近交系。,46,第三章 实验动物科学基本知识和技术,第一节 实验动物遗传学分类和质量控制,（七）近交系的特征 1基因位点的纯合性 2遗传组成的同源性 3表型一致性 4长期遗传稳定性 5遗传特征的可分辨性 6遗传组成的独特性 7分布的广泛性 8背景资料的完整性,47,第三章 实验动物科学基本知识和技术,第一节 实验动物遗传学分类和质量控制,（八）近交系的应用1遗传组成和遗传性状一致，对实验反应一致，因此，只需用少量的动物，即可得到非常规律的实验结果。2组织相容性抗原一致，异体移植不产生排斥反应，是组织细胞和肿瘤移植实验中最为理想的材料。3明显的生物学特征，如先天畸形，高肿瘤发病率，对某些因子敏感和耐受等，这些特点在医学研究中是天然模型，非常重要。4多个近交系同时使用不仅可分析不同遗传组成对某项实验的不同反应与影响，还可观察实验结果是否具有普遍意义。,48,第三章 实验动物科学基本知识和技术,第一节 实验动物遗传学分类和质量控制,二、封闭群 （一）概念 封闭群（远交群）（Closed colny or outbred stock）是以非近亲交配方式进行繁殖生产的实验动物种群，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。,49,第三章 实验动物科学基本知识和技术,第一节 实验动物遗传学分类和质量控制,（二）命名 封闭群由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，第一个字母须大写，后面的字母小写，一般不超过4个字母。保持者与种群名称之间用冒号分开。 如N：NIH表示由美国国立卫生研究院（N）保持的NIH封闭群小鼠。 Lac：LACA表示由英国实验动物中心（Lac）保持的LACA封闭群小鼠。 某些命名较早，又广为人知的封闭群动物，名称与上述规则不一致时，仍可沿用其原来的名称。如Wistar封闭群大鼠。,50,第三章 实验动物科学基本知识和技术,第一节 实验动物遗传学分类和质量控制,（三）特征及应用1封闭群动物的遗传组成具有很高的杂合性，因此在遗传学上可作为选择实验的基础群体，用于某些性状遗传的研究。封闭群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。2封闭群动物具有较强的繁殖力和生活力，表现为每胎产仔多，胎间隔