實驗動物的分類方法

1、,整個醫(yī)學，只有經過實驗的火焰，才能成為它所應當成為的東西。只有通過實驗，醫(yī)學才能獲得最后的勝利。 —— 巴甫洛夫,實驗動物的分類方法,Department of Pathophysiology Prof. Liuzhiyue,醫(yī)學實驗動物學,內容目錄,?動物的類群和生物學分類上的位置 動物的類群 常用實驗動物在分類學上的位置 ?實驗動物的基本概念 實驗動物

2、實驗用動物?實驗動物的分類方法 按用途分類 按遺傳學控制原理分類 按微生物學控制原理分類 按我國實際情況分類,,動物的種類繁多，已知約為150萬種以上。為便于識別、研究和利用它們，必須進行分類。通常采用自然分類法，即以生物的外部性狀/內部構造/生活方式/生物的發(fā)生和彼此間的血緣關系等作為分類依據。,一、動物的類群,,自然分類法,,家犬（Canis familiaris Linne

3、）分類系統(tǒng)如下：,,動物界（Animal Kingdom）—脊椎動物門（Phylum Vertebrata） —哺乳綱（Class Mammalia） —真獸亞綱（Subclass Eutheria） —食肉目（Order Carnivora） —肢腳亞目（Suborder Fissipedia） —犬科（

4、Family Canidae） —犬屬（Genus Canis ） —犬種（Species familiaris）,,依據自然分類法，將已知的150萬種動物分為11個門：,,常用哺乳類實驗用動物的分類位置,,,實驗動物(Laboratory animal)經人工培育，對其攜帶微生物實行控制，遺傳背景明確，來源清楚，可用于科學實驗，

5、藥品、生物制品的生產和檢定及其它科學研究的動物。 實驗動物追溯其祖先，來源于野生動物、經濟動物(家禽、家畜)或觀賞動物(寵物)，但卻又不同于這些動物。,二、實驗動物的基本概念,,（一）實驗動物,,,第一，遺傳學上要求，必須經人工培育，遺傳背景明確，來源清楚：實驗動物的涵義應是遺傳限定的動物。經人工培育的動物，依據其基因純合的程度，常把實驗動物劃分為近交系、突變系、雜交群和封閉群動物四大類群。 第二，對其攜帶的微

6、生物、寄生蟲實行人工控制：所有實驗動物的微生物、寄生蟲都是在人工嚴格監(jiān)控之下繁育的。 第三，從應用角度看，可以認為所有的實驗動物，主要應用目的都是為了科學實驗。,實驗動物一般具有三大特點：,,,,實驗動物的特點以大小鼠為例見下表：,特 點 培育難點 遺傳背景明確；基因純 品種、品系復雜；保持 合性高

7、 質量標準困難 遺傳穩(wěn)定性好；反應性 規(guī)格要求嚴格；可使用 一致 的時間短促 具有已知菌叢；模型性 無法控制的繁殖規(guī)律； 狀顯著 對環(huán)境依賴性高 同品系實驗重復性好； 可出現近交衰退；易發(fā)

8、具有廣泛性的分布 生突變,,,,,,(二)實驗用動物,實驗用動物(Animal for research)是指一切用于科學實驗的動物，包括野生動物經濟動物、觀賞動物和實驗動物。 實驗用動物和實驗動物盡管都起源于野生動物，然而兩者的概念卻不盡相同。區(qū)別實驗動物與實驗用動物，不僅具有實踐意義，而且具有理論價值。,二、實驗動物的基本概念,,,科學家在全世界范圍內進行一切科學實踐活動首先要求不同專業(yè)的

9、科學工作者，在各自不同時間、地點所進行的科學實驗，彼此能有可比性可重復性和科學性。 因此，必須應用同一品系的實驗動物進行科學實驗，這樣才有可能在無差異的情況下獲得相同的實驗結果．也就是說，希望采用同品系動物進行實驗時，能獲得如同采用“分析純”試劑進行化學實驗那樣所達到的精確實驗結果一樣，才有可能使同類的動物實驗獲得可比性或可重復性。,,為此必須從遺傳學、微生物學、營養(yǎng)和環(huán)境生態(tài)學上對實驗動物進行嚴格的控制。

10、 用于一般實驗的野生動物、經濟動物和觀賞動物，通常來源于自然環(huán)境之中，沒有嚴格的人工控制，這些動物種群之間有較大的個體差異和群體差異。采用這樣的動物進行實驗，很難有可比性、可重復性，也就談不上科學性。,標準化實驗動物,,三、實驗動物的分類方法,(一) 按用途分類,1．實驗動物 為人工專門培育供實驗用的動物。 2．經濟動物 或稱家禽家畜，是指人類社會生活需要的動物經濟動物的育種目標是為了滿

11、足人類社會需要，向高產、優(yōu)質方向培育。,,,3．野生動物 是在自然環(huán)境中生長繁育延續(xù)其種族的物種。未經開發(fā)和實驗動物化的野生動物，不具備實驗動物各種品系，很難成為標準的動物模型，所以，一般不用作科學實驗。 4．觀賞動物 指供人類觀賞和玩耍的 寵物而言，如魚類鳥類、 犬、貓等。,(一) 按用途分類,,法國小女孩蒂皮，1990年出生于非洲納米比亞。蒂皮從小跟拍攝野生動物的父

12、母在叢林長大，與野象相親，同鴕鳥共舞，變色龍、牛蛙、豹子、獅子、狒狒……一個個給她帶來奇趣、歡樂、驚險、幻想，以至皮肉之苦，最終都成為她最好的朋友。,,,,,,(二) 按遺傳學控制原理分類,按遺傳學分類，可將實驗動物分為兩類： ① 同基因型：又分為近交系、重組近交系、同源導入近交系、異單基因近交系動物和單親純合二倍體近交系動物、嵌合體動物、突變系動物、雜交F1代動物。 ② 不同基因型：有遠交系和封閉群動物。按遺傳控制原理、

13、基因純合程度，可將實驗動物分為四類： 近交系、突變系、雜交群、封閉群。,,血友病B轉基因小鼠,基因克隆豬,,,是屬于遺傳上達到高度一致的動物群。它是采用連續(xù)20代以上兄妹交配(B×S，brother-sister mating)或親子交配(P×O，Parent—offs Pring mating)，即親代與子代交配培育而成。品系內所有個體都可以追溯到起源于第20代或以后代數的一對共同祖先。,1．近交系動物,,

14、,,近交系動物具有穩(wěn)定的遺傳基礎，個體間均一，比較相似。在理論上其基因純合程度可達98.6％-99.8％（近交系數）。 隨著遺傳學、腫瘤學、免疫學的迅速發(fā)展近交系動物在1913-1929年間相繼培育了DBA、BALB／c、C3H、CBA、C57BL等許多近交系。隨后又培育出重組近交系、同源導入近交系、異單基因近交系、嵌合體動物單親純合二倍體動物。,,C57BL,DBA/2J,BALB/c,,IVC,,,,IVC

15、通風系統(tǒng),種子中心580M2隔離器保種室,,,迄今為止，已被公認的小鼠、大鼠、豚鼠、地鼠、兔等近交系都是經過長期高度的近親交配和逐代反復嚴格選擇、淘汰而培育的（純系小鼠2500多種，大鼠近200種，豚鼠15種，地鼠38種及新西蘭白兔） 但雞、鵪鶉、豬、犬、貓等若進行高度近親交配，其繁殖力很快下降，若按其它動物的要求達到20代以上的近交程度是很困難的，因此，有人主張，雞等動物的近交系數達到50％，即可認為是近交系。,,①具有

16、相同的基因型，表現型也一致，所以其反應是一致的。 ②實驗重復性好，用動物少，實驗周期短，節(jié)省人力、物力和時間。 ③國際上分布廣泛，便于國內和國際間學術交流和實驗重復。,近交系動物的特點,,,,,,,,,近交系動物的特點,④不同近交系各具特點，如有致癌品系（C3HA）、抗癌品系（C57）、致白血病品系（L615）等。 ⑤長期遺傳穩(wěn)定性，近交系動物中各品系的遺傳特性可世代相傳。(如DBA系已維

17、持了 70多年，C57BL系60多年，至今仍與原品系極相似) ⑥遺傳背景明確，每個品系均有其詳細的遺傳學資料和歷史資料可查，便于研究者查閱和選擇應用。,,,突變系動物是指正常染色體的基因發(fā)生了變異的，形成具有各種遺傳缺陷的動物。 突變系動物是通過自然突變和人工定向突變的方法形成的。生物在長期的繁殖過程中，子代突然發(fā)生變異，其變異的遺傳基因等位點可以遺傳下去，或即使沒有明確的遺傳基因等位點,但

18、經人工淘汰和選拔后，能維持穩(wěn)定的遺傳性狀,從而形成突變品系動物。,2．突變系動物,,,根據《Mouse News Letter》1978公布的材料，在小鼠中已發(fā)現的突變基因648個(其中毛色突變基因130個，神經系統(tǒng)113個，蛋白質44個，皮膚與毛發(fā)82個，內分泌27個，紅細胞生成24個，淋巴細胞同種抗原19個，免疫缺陷15個，肌肉9個，血紅蛋白5個，補體5個等)。并且培育出了許多具有模型性狀的突變品系動物，已培育成突變系小鼠350個品

19、系，大鼠50多個品系以及無毛、無胸腺裸鼠等。,,,突變系動物由于其獨特的模型性狀，可供某項特殊研究之用，這就成為很有科學價值的模型動物。本世紀最先而且最廣泛突破的是培養(yǎng)了多種腫瘤的模型動物，為研究人類腫瘤的科學工作者提供了極為方便而有效的研究手段。典型的如裸鼠（先天免疫缺陷動物）。 其它疾病也是這樣，有的突變品系動物與人的疾病一樣或相似，則更是最好的動物模型。如肥胖鼠，它與人類有相似的肥胖病和糖尿病，肌肉萎縮癥小鼠、自

20、身免疫小鼠，則與人類的相應疾病類似。,,,肥胖小鼠,肥胖小鼠,,,,,是兩個近交品系動物間有計劃進行交配獲得的第一代動物，亦稱雜交一代，簡稱Fl動物。如（C57BL/6 X DBA/2）F1=B6D2F1 F1動物具有基因型相同，個體相同，表現型變異低，適應性強，反應敏感及分布廣等特點，并具有雙親共有的遺傳特性。目前廣泛用于各種實驗，國際上已普遍應用。,3．雜交群動物,,,,,,,,由于雙親都是純系，從遺傳

21、型上是異型結合體，具有兩系雙親所有的遺傳特性，子代個體間是雜合，但雜合的程度一致，個體基本相同。具有雜交優(yōu)勢，避免了近交衰退，生命力，適應性，抗病力，繁殖力均強。,3．雜交群動物,,,,,,,,概念： 以非近親交配方式進行繁殖生產的一個實驗動物種群，在不從其外部引入新個體的條件下，至少連續(xù)繁殖4代以上，稱為一個封閉群。 也指一個動物種群在5年以上未從外部引進其它任何新血緣品系，是由同一血緣品系進行隨意交配，

22、并在固定場所保存繁殖的動物群。,4．封閉群動物 （遠交系）,,,,,,,,1）保持一定的雜合性 2）保持相對穩(wěn)定的遺傳特征 3）個體差異的大小取決于祖代 4）繁殖力、抗病力強、生產成本低 5）群體中存在有模型價值的突變基因,封閉群動物特點,,,,,,,,,,常用的封閉群動物小鼠有KM、ICR、NIH CFW、LACA等，大鼠有SD、Wistar等，豚鼠主要有英國頓金哈德萊短毛種等，家兔有日本

23、大耳白兔、新西蘭白兔、青紫藍兔、中國本兔等。 封閉群動物抗力強，壽命長，易生產，成本低，可大量供應，因而廣泛應用于預試驗學生教學和一般實驗中。 封閉群動物也適宜做藥物效果篩選等實驗,封閉群動物應用,,,,,,,,,ICR,,（三）按微生物學控制原理分類,實驗動物所處的周圍環(huán)境，包括實驗動物本身，體內體表都寄生著大量種類繁多的微生物和寄生蟲。標準化實驗動物，對攜帶的微生物必須實行控制，以確?？茖W實驗不受干擾，使實驗

24、結果增加可比性、可重復性和科學性。 目前，通過對實驗動物進行微生物控制、檢疫、消毒和剖腹產凈化等措施，按照對微生物凈化的程度，把實驗動物劃分為無菌動物、悉生動物、無特定病原體動物、清潔動物。,,,1)無菌動物特點： ①是指動物體內外用現有的檢測技術，在各部位均檢不出任何微生物/寄生蟲的動物。 ② 這種動物在自然界中是沒有的，它是經人工剖腹產凈化培育出來的。一般是從臨產健康母代動物剖腹凈化而獲得的

25、子代動物。 ③通常是放在無菌環(huán)境設施內經人工喂乳或無菌母代動物剖腹凈化而獲得的子代動物。通常是放在無菌環(huán)境設施內經人工喂乳或無菌母代動物代乳發(fā)育而成。,1、無菌動物特點及應用,P3級實驗室,,,,工作人員操作高溫高壓滅菌器,P3級實驗室無菌工作臺,,,飼育員更換籠具,,,⑴ 在微生物和寄生蟲學研究中的應用 研究某些疾病的病原 研究微生物間的拮抗作用 研究病毒病 研

26、究細菌學 研究真菌感染 研究原蟲感染 長膜殼絳蟲感染,2）無菌動物在生物醫(yī)學研究中的應用,,⑵ 在免疫學研究中的應用 研究免疫系統(tǒng)功能/機體感染后感受性改變的關系 研究細胞間免疫及其在癌瘤預防上的作用 研究丙種球蛋白和特異性抗體 ⑶ 在放射醫(yī)學研究中的應用 ⑷ 在營養(yǎng)、代謝研究中的應用 研究營養(yǎng)的模型

27、 代謝研究 ⑸ 在老年病學研究中的應用,,2）無菌動物在生物醫(yī)學研究中的應用,,⑹ 在毒理學研究中的應用⑺ 在腫瘤研究中的應用⑻ 無菌動物在宇航研究中的應用⑼ 在齲齒病因學研究中的應用⑽ 無菌隔離室在臨床上的應用 ⑾ 免疫缺陷嬰兒在無菌隔離室內進行剖宮產 和養(yǎng)育；⑿ 腫瘤化療病人在治療中防止感染；⒀ 器官移植病人在手術中防止感染； ⒁ 燒傷病人的感染預防；⒂ 傳染病人的隔離

28、。,,,,1）悉生動物特點 ①指在無菌動物體內植入已知寄生物的動物。如使大腸桿菌或雙歧桿菌定居于無菌豚鼠體內，在進行微生物檢測時,只能檢測出大腸桿菌或雙歧桿菌。 ②一般根據投飼菌的菌種數，可分為單菌、雙菌三菌和多菌悉生動物。 ③通常把悉生動物、無菌動物分別放在無菌環(huán)境下飼養(yǎng)，防止其它微生物污染。實驗工作同樣要求在無菌環(huán)境下進行。,2 ．悉生動物特點及應用,,由于悉生動物可排除動物體內帶有各種不明確

29、的微生物對實驗結果的干擾，因而可作為研究微生物與宿主、微生物與微生物之間相互作用的動物模型。 ① 微生物學研究 悉生動物應用在微生物學研究上是一個突出的例子。只有選用悉生動物，才有可能了解到單一微生物和抗體之間的關系。,2）悉生動物在生物醫(yī)學研究中的應用,,,② 免疫學研究 悉生動物可以彌補無菌動物的某些缺點。在免疫學實驗中,無菌動物不能發(fā)生遲發(fā)性過敏反應，而感染一種大腸菌的悉生動物就能夠發(fā)生

30、。 ③ 抗體制備研究 如果將單一菌株植入無菌動物，那么可制備抗該苗的、較純的、效價較高的、且不會污染其它微生物的抗體。 ④ 其它方面研究 悉生動物還廣泛應用于人和動物的骨髓移植、人類和動物腫瘤及其治療、病毒學、營養(yǎng)代謝、生理學、外科病人感染控制等方面。,,1）概念 指實驗動物體內不存在特定病原微生物和寄生蟲的動物，簡稱SPF動物。實際上是無傳染病動物，允許攜帶非

31、特定微生物。 國際上SPF一詞的含意并不十分統(tǒng)一，因SPF一詞已沿用多年, 在沒有更好的統(tǒng)一名稱前仍沿用。文獻中見到的COBS、BS、DF等一些不同的動物名稱，實際上都是指SPF動物。,,3．無特定病原體動物 [ Specific Pathogen Free Animal ( SPF) ],,,國際上公認SPF動物適用于所有科研實驗，是目前國際標準級別的實驗動物。各種疫苗生產所采用的動物應為SPF級動物。

32、 無特定病原體動物的應用價值在于它無人畜共患病、無主要的傳染病、無 對實驗研究可能產生干擾 的微生物。因為隱性感染 一般不會影響外表健康的 動物，容易被忽視，但能 給實驗帶來嚴重的干擾。,2）SPF動物特點,SPF大鼠飼養(yǎng)盒,,SPF屏障飼育設施,,日常屏障維持(消毒液噴霧),SPF小鼠透明飼養(yǎng)盒,SPF動物飼養(yǎng)架,,育成動物觀察,,物品準備區(qū),,1）概念 是指來源于剖腹凈化、飼育在半

33、屏障環(huán)境設施系統(tǒng)中，動物體內外不攜帶人畜共患的病原體或動物烈性傳染病病原體的動物。 2）特點 清潔動物的衛(wèi)生標準，大體和SPF動物類似，不同的是抗體檢查(腦脊髓病毒、鼠肝炎病毒等)經?？刹槌鲆欢ǖ味龋辉试S出現臨床癥狀、病理改變和自然死亡。清潔動物一般用于短期、中期對帶菌要求不嚴格以及免疫系統(tǒng)無抑制作用的實驗研究。,4．清潔動物,清潔動物是根據我國國情而設定的等級動物，又稱二級動物。目前在我國已成為適用

34、于科研的標準實驗動物。 國際上普遍認為清潔動物僅適合于短期或部分科研實驗。根據國外的實驗動物工作發(fā)展狀況及國內的具體條件，清潔動物近年來在我國得到較廣泛的應用。它較普通動物健康， 又較SPF動物易達到質量標準，在動物實驗中可免受動物疾病的干擾，其敏感性與重復性亦較好。,,4．清潔動物,,,（四）按我國實際情況分類,實驗動物微生物學質量控制是實驗動物標準化的主要內容之一, 按微生物學控制標準，或根據微生物凈化程度，實

35、驗動物在我國分為四類: ①一級動物，為普通級動物(CV) * ②二級動物 ，亦稱清潔動物(CL級) ③三級動物，即無特定病原體動物(SPF) ④四級動物，亦稱無菌及悉生動物(GF/GA),,普通級動物是在微生物學控制上要求最低的實驗動物。它要求不攜帶人獸共患疾病和動物烈性傳染病的病原。 普通級動物又稱一級動物，在開放系統(tǒng)中飼養(yǎng)，與其它動物經常發(fā)生直接或間接的接觸，因此，動物體內外所攜帶的

36、微生物和寄生蟲很難控制。但不能攜帶人畜共患病和烈性傳染病的病原微生物。,普通級動物的概念,該類實驗動物是在微生物控制上要求最低的動物，如普通小鼠只排除鼠疫病毒、流行性出血熱病毒、淋巴細胞性脈絡叢腦膜炎病毒、沙門菌、皮膚真菌、弓形體及體外寄生蟲等對人體和動物危害較大的病原體。,普通級動物的特性,,由于普通級動物是實驗動物微生物控制不嚴的一類實驗的動物，對實驗結果的準確性和反應性較差，因而，國際上普遍認為僅可作生物醫(yī)學中示教之用，或作為某些

37、科學研究為探索方法而從事的預試驗之用，不可供科研、生產和檢定之用，由于普通動物繁殖力強，生產量大，適宜作一般性的實驗用。,,普通級動物的應用,,,無菌動物、無特殊病原體動物和普通動物特點比較 實驗項目 無菌動物 SPF動物 普通動物 傳染病 無

38、 無 有或可能有 寄生蟲 無 無 有或可能有 實驗結果 明確 明確

39、 有疑問 應用動物數 少數 少數 多或大量 統(tǒng)計價值 很好 可能好 不準確 長期實驗

40、 可能好 可能好 困難 自然死亡率 很少 少 高 長期實驗存活率 約l00％ 約90％ 約40％