实验动物的分类和质量控制

第二章 实验动物的分类,第一节 实验用动物按应用分类,一、实验动物（Laboratory Animals）：是专门提供医学、药学、生物学、兽医学、医疗、鉴定、诊断、生物制品等需要而驯养、繁殖、育成的动物。如大、小白鼠，地鼠，豚鼠等。 二、经济动物（Economical Animals）或称为家畜（禽）：指为人类社会生活需要（肉、乳、蛋、皮毛等）而驯养、培育繁殖生产的动物。如猪、马、牛、羊、鸡、鹅、犬、猫、金鱼等,三、野生动物（Wild Animals）：是指作为人类需要从自然界捕获的未经人工繁殖饲养的动物。如两栖、爬行类（蟾蜍、龟等），鱼类（泥鳅等），无脊椎动物（墨鱼等），鸟类，啮齿类（黑绒仓鼠等），灵长类（猿猴等）。 四、观赏动物（Exhibiting Animals）：是指提供人类观赏而驯养的动物。如观赏犬、猫、塌车小白鼠等。,第二节 按遗传控制实验动物的分类,近交系动物封闭群动物杂交群动物突变系动物,第二节 按遗传控制实验动物的分类,一、近交系动物（Inbred Strain Animals）： 近交类型：纯交 AAAA回交 AAAa互交 AaAa,第二节 按遗传控制实验动物的分类,一、近交系动物（Inbred Strain Animals）： 一般称为纯系动物，经连续20代或20代以上的全同胞兄妹或亲子交配培育而成，品系内所有个体都能追溯到起源于第20代或以后代数的一对共同祖先的动物群体。称为近交系动物。遗传上将具有高度纯合性和稳定性的品系（近交系数可达99.9%）。,近交衰退：亲缘接近的交配所产生的后代常常会出现生长、成活、生育、抗病、适应环境等能力的减退，这种现象称为近交衰退。 原因：1、有害隐性基因的暴露。 2、多基因平衡的破坏。,常见的近交系动物,1.近交系小鼠C57BL/6J:第一个基因组测序工程的动物，常作为遗传工程的研究。BALB/c：主要作为单抗的研制。DBA：第一个近交品系小鼠。129/sv：作为基因敲除的ES来源。FVB：雄性原核大，作为显微注射的首选小鼠。,2. 近交系大鼠SHR：自发性高血压模型，心血管疾病的研究。F344：可允许多种肿瘤移植生长。,常见的近交系动物,（二）亚系和支系,1亚系的形成 育成的近交系可能由于残余杂合性和突变而导致部分遗传组成的改变。近交系的亚系分化是指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。通常下述三种情况会发生亚系分化：,1. 在兄妹交配代数达40代以前形成的分支（也即分支发生于F20到F40之间）。此时形成分支的主要原因是残留杂合； 2. 一个分支与其它分支分开繁殖超过100代。此时突变是亚系分化的主要原因； 3. 已发现一个分支与其它分支在遗传上差异。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）。,2支系的形成,一个近交系或亚系内部，由于存在环境的、母方的或细胞的差异； 而不是存在遗传上的差异,（1） 经人为技术处置，如卵子移植、人工喂养、代乳、卵或胚胎冷冻等；（2）种群转移到新的保持者。,近交系的分类,普通近交系重组近交系同源突变近交系同源导入近交系分离近交系,重组近交系(recombinant inbred strain, RI)：有两个近交系杂交后，经连续20代以上的兄妹交配育成的近交系。是以两个无关的高度近交品系进行交配，产生F2代后再行全同胞交配达20代以上而育成的一个近交系列组动物,同源突变近交系coisogenic inbred strain)：两个近交系除了一个指明位点等位基因不同外，其它遗传基因完全相同的品系。一般皆由近交系发生基因突变而形成，是某个近交系在某基因位点上发生突变而分离出来的亚系。,同源导入近交系(congenic inbred strain)：通过杂交-互交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一个近交系只是在一个很小的染色体片段上的基因不同。,分离近交系：（Segregating inbred strain)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，通过特殊的育种方法把这种处于杂合状态的基因加以分离纯化，就能分离出该基因位点上带有不同基因的两个近交系的亚系。,近交系的命名,近交系的命名1-4个大写英文字母大写字母加上数字：C3H近交代数：用F表示。如A（F38）。非正规的传统命名：129,近交系的命名,亚系的命名 原品系的名称后加一道斜线“/”，再在斜线后标上亚系的符号。亚系符号分为两类。,1）用研究人员名称的缩写字母表示，如A/He，为A系的Heston亚系，He为亚系符号，它是美国国立肿瘤研究所W.E.Heston 博士的缩写；2）用研究机构名称的缩写字母表示，如A/Jax 或J为美国著名的研究机构Jakson实验室的缩写；,支系的命名,经过人为技术处理形成的支系，应在原品系名称后附加一个小写英文字母标明处理方式， 具体符号是：奶母代乳（f），人工喂养（h）、受精卵或胚胎移植（e）、卵巢移植（o）、人工代乳（fh）、冷冻保存（p）。,代乳的奶母动物或接受移植的卵子、卵巢的受体动物在上述符号后标明品系名称或缩写的品系名称。 如C3HpeC57BL、C3HpeB都是表示由C3H品系的胚胎经冷冻后移植到C57BL 近交系后产生的。,同源突变近交系的命名：用 - 表示 C57BL/6J-bg C57BL/6J-bg/+ C57BL/6J-bg/bg 同源导入近交系的命名：用 . 表示 B10129-H2,1、基因纯合性 2、遗传组成的同源性 3、遗传特征的可分辨性 4、表现型均一性,（一）特 征,（一）特征,5、对外界因素的敏感性 6、分布的广泛性 7、资料可查性 8、长期遗传的稳定性,（二）近交系动物的应用 （1）因近交系动物个体之间极为一致，对实验反应一致，可以消除杂合遗传背景对实验结果影响。 （2）在某些涉及组织、细胞或肿瘤移植的实验中，个体之间组织组织相容性一致与否，是实验成败的关键，在这里，近交系动物成为必不可少的动物。,（3）有些近交系具有一定的自发或诱发肿瘤发病率，或其它先天性异常，这些品系可能成为生理、胚胎发育和医学研究的模型。（4）多个近交系同时使用可使不同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。,二、远交系动物（outbred strain animal） 又称封闭群（closed colony），即同一种群内以非近亲交配方式进行繁殖生产，在不从外部引入新的血缘条件下，至少连续繁殖4代以上的一个种群。,第二节 按遗传控制实验动物的分类,1. 小鼠KM小鼠：我国培育的品种，主要的 实验小鼠。ICR小鼠：LACA：由英国实验动物中心培育。NIH小鼠：,常见的远交（封闭）群动物,2. 大鼠Wistar大鼠，SD大鼠。3. 兔新西兰兔、青紫蓝兔、日本大耳白兔等。,常见的远交（封闭）群动物,命 名,1、用2-4个大写字母表示。2、保持者与品系名称之间用冒号隔开。如：N：NIH-nu/nu,封闭群的特点及应用,1、遗传组成具有很高的杂合性。1）由于杂合性，导致个体间的反应具有差异，因此，个体间的重复性各一致性差，一般作为遗传实验的基础群体。2）携带大量的隐性有害突变基因，用于估计群体对自发或诱发突变的遗传负荷能力。,3）类似人类群体遗传异质性遗传组成，因此广泛用于鉴定实验、热源实验、进行各种筛选实验。2、封闭群动物生活力、生育力强，繁殖率高。 用于预试验、教学和一般实验中,封闭群的特点及应用,三、突变系动物（mutant strain animal） 动物受各种内外因素影响引起染色体畸变和基因突变而育成某些特殊性表型的品系，称之为突变系动物。,第二节 按遗传控制实验动物的分类,1、dw（dwarf，侏儒）：隐性突变，缺乏生长激素和甲状腺激素，纯合子dw/dw。 2、hr（hairles，无毛）：生后14天脱毛（几乎裸体），多用于皮肤放射效应。 3、dy（dystrophia musculairs，肌失养症）：纯合子dy/dy，生后2-3周后肢瘫痪。 4、rd（retinal degenration，视网膜退化）：与人体色素视网膜炎相似。 5、Cat（cataract,白内障）：属显性遗传，当Cat杂合状态即出现白内障。,6、nu（nude，裸鼠）：纯合子，nu/nu，无毛、无胸腺，对任何外来移植物无排斥反应，是接种肿瘤病毒的好材料。7.严重联合免疫缺陷小鼠（Severe Combined Immunodeficient Mice)位于第16号染色体上的SCID的单个隐性基因突变所致 。纯合SCID基因导致淋巴细胞抗原受体基因VDJ编码顺序的重组酶活性异常，是VDJ区域不能正常重排，造成T、B淋巴细胞自身不能分化成特异性功能的淋巴细胞。,四、系统杂交动物 （F1 or fybrid strain animal） 是指两个不同品系的近交系动物之间杂交所产生的第一代杂交动物称之为系统杂交动物又叫F1代动物，也可叫“杂交一代”或“仔一代”动物。该动物具有杂交优势，适应力强，产仔率高，又具有近交优点，遗传均一性，实验结果易重复性，日前用F1实验动物较多。,第二节 按遗传控制实验动物的分类,1、遗传和表型上的一致性 就某些生物学特征而言，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，可广泛地适用于营养、药物、病原和激素的生物评估。 2、杂交优势 克服了近交衰退现象。,杂交群的特点及应用,3、同基因型 具有杂合的遗传组成，同时又能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。 4、作为某些疾病研究的模型。 例如NZBNZWF1是自身免疫缺陷的模型，C3HIF1是肥胖病和糖尿病的模型。,杂交群的特点及应用,第三节 按微生物控制实验动物的分类,1、实验动物微生物学质量的影响 1）威协实验人员的健康与生命。 人畜共患病病原体的影响 2）影响动物的生产。 3）干扰实验结果，导致实验中止。,一、普通动物（Conventional animal，CV）： 又称为一级动物。指在一般自然环境中饲养的，允许带有寄生虫和细菌，但不允许带有人畜共患疾病和动物烈性传染病的动物称之。 1、人畜共患疾病及烈性传染病病原体： 鼠痘病毒、流行性出血热病毒、淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒、沙门氏菌、弓形体等。,第三节 按微生物控制实验动物的分类,2、饲养环境： 开放系统3、特点及应用： 一般微生物要求控制最低，多用于要求不严的普通实验和教学用动物，难以得到正确的结果；或用于预试验，不可用于科研和检定。,二、清洁动物（Clean Animal，CL）： 又称为二级动物。即除普通动物排除的病原外，不携带对动物危害大和对科学研究干扰大的病原。 清洁动物是根据我国国情而设定的等级动物，目前在我国已成为适用于科研的标准实验动物。,第三节 按微生物控制实验动物的分类,2、饲养环境： 温湿度恒定的半屏障系统，饲料、垫料、笼器具消毒灭菌，水：灭菌或PH2.5-2.8的酸化水。3、特点及应用： 用于短期或部分科研验。,三、无特定病原菌动物 （specific pathogen free，SPF），三级动物。 是指动物体内外均无特定的寄生虫和特殊病原菌，除一、二级动物应排除的病原外，不携带主要潜在感染或条件致病和对科研实验干扰大的病原的动物。称为无特定病原菌动物。,第三节 按微生物控制实验动物的分类,2、饲养环境： 温湿度恒定的屏障系统，饲料、垫料、笼器具消毒灭菌，水：灭菌或PH2.5-2.8的酸化水。3、特点及应用： 本身不带病原微生物，对实验人员有益，不会出现自身疾病症状，排除实验结果判断的干扰。而普通群体中带有稳定性感染病原体，一旦接受刺激而激发，造成非实验性死亡。国外SPF已成为标准实验动物，国内用量不断增加。 用于所有科研实验，各种疫苗的生产。,四、无菌动物 （Germ free，GF）四级动物。 指在无菌的环境下，用无菌饲料、饮水饲养的动物，或经剖腹取胎后，转移到无菌条件下饲养，体表及肠管中均不能检出任何活的微生物和寄生虫，这种动物称为无菌动物。,第三节 按微生物控制实验动物的分类,2、饲养环境： 温湿度恒定的隔离系统，饲料、垫料、笼器具消毒灭菌，水：灭菌或PH2.5-2.8的酸化水。3、特点： 盲肠大壁薄。 淋巴结、脾脏均小，白细胞增多，脾脏无二级滤细胞，单核吞噬细胞功能下降。 不能合成维生素B和K，易产生缺乏症。 抗辐射能力强。,4、应用： 1）微生学的研究：菌群之间的拮抗作用。 2）免疫学的研究：特异性的抗体。 3）放射医学的研究： 4）老年病学的研究： 5）肿瘤学的研究：免疫抑制剂。,五、悉生动物 （Gnotobiotic animals，GN）也称已知菌动物或已知菌丛动物，四级动物。 是指在无菌动物体内植入已知微生物的动物。按我国的