实验动物学-绪论

《实验动物行业从业人员再教育培训课程》1实验动物学绪论1.实验动物学及其基本概念2.实验动物在生命科学研究中的价值3.我国实验动物学的发展概况4.国外实验动物学的发展趋势《实验动物行业从业人员再教育培训课程》一、实验动物学及其基本概念2《实验动物行业从业人员再教育培训课程》什么叫实验动物？实验动物（LaboratoryAnimal）：是经人工饲育、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。3Source:《实验动物管理条例》，1988年第2号令《实验动物许可证管理办法》，国科发财字2001545号应用限定封闭群突变系三大特点GF动物GN动物SPF动物健康限定/定义F1代远交群近交系遗传限定/定义CL动物CV动物医学药学生物学环境科学生物制品《实验动物行业从业人员再教育培训课程》什么是实验用动物？实验用动物（ExperimentalAnimal）:是指所有用于科学实验/检定的动物。4实验用动物实验动物经济动物观赏动物野生动物其他小鼠大鼠豚鼠兔猪牛羊猫鸟鱼非人灵长类东方田鼠树鼩水貂蛙果蝇线虫仓鼠（地鼠）犬小型猪马禽类（鸡、鸭、鹅、鹌鹑、鸽）野生啮齿类Source:中国实验动物资源调查与发展趋势，科技出版社，2017我国主要使用20-30种豚鼠兔仓鼠大鼠小鼠实验动物经济动物观赏动物农用动物食用动物劳役动物灰仓鼠小家鼠野生动物雪貂非人灵长类果子狸《实验动物行业从业人员再教育培训课程》什么叫人类疾病的动物模型？人类疾病的动物模型(AnimalModelofHumanDisease)：是指各种医学科学研究中建立的具有人类疾病模拟表现的动物。5动物模型自发性突变动物模型人工诱导动物模型优点：更接近人类疾病缺点：难得发现，培育时间长典型：Nude、SHR、GK、db/db概念：采用物理的、化学的、辐射的、生物的或复合的手段诱发动物产生某种类似于人类功能性、代谢性或形态结构方面疾病的动物模型优点：短时间内复制出，实验条件易控制，重复性好缺点：不能遗传，只能需要时诱导；与人类疾病存在一定差异，有一定的局限性基因修饰动物模型优点：造模快、应用广，用于疾病机制、药物靶点筛选等缺点：有针对性，但全面模拟人类疾病还存在许多问题概念：在自然状态下发生的疾病或因基因突变的异常表型，通过遗传育种的方法定向培育保留下来动物模型概念：是指通过基因修饰技术（敲除、置换、转入等）获得某种基因改变的、并能稳定遗传的动物《实验动物行业从业人员再教育培训课程》自发性突变动物模型6（CAnN.Cg-Foxn1nu）•C:BALB/c(1913)•HalseyJ.Baggalbino•AnN:AndervontLabinNIH(1935)•Cg:congenic(1985CRL同源导入)•Foxn1:ForkheadboxN1（1962发现，1968确定无胸腺）•nu:NudeSpontaneousHypertensionRat,SHR京都大学OkamotoK.(1963)从Kyo:Wistar中筛选并采用B×S进行高血压特性固定1966年（F13）toNIHMHCHaplotype（单体型）：RT1kGoto-Kakizakirat，GK东北大学GotoK.(1975)通过在Wistar中筛选高血糖培育而成。属于非肥胖II型糖尿病模型。《实验动物行业从业人员再教育培训课程》人工诱导/实验性疾病动物模型7诱导模型机械损伤、手术、冻伤、烧伤等两种方法以上复制的动物模型。如STZ诱导+高脂饲料诱导糖尿病模型化学致癌剂、化学毒物中毒、强酸强碱烧伤、营养物过剩/缺乏等细菌、病毒、寄生虫、真菌等感染物理复合生物化学《实验动物行业从业人员再教育培训课程》基因修饰动物模型8pronucleiofsingle-cellembryos4-cellembryoBlastulaGastrulaDNADNADNAEScellTganimalsRetrovirustransfectionRetrovirustransfection转基因小鼠的制作《实验动物行业从业人员再教育培训课程》基因敲除动物的制作9基因打靶01040203CRISPR/Cas9基因捕获条件性基因敲除《实验动物行业从业人员再教育培训课程》什么叫模式生物？10•模式生物(Modelorganism)：通过对选定的生物物种进行科学研究，用于揭示某种具有普遍规律的生命现象，这种被选定的生物物种就是模式生物。胚胎发育、老年病及抗衰老药物的研究、肿瘤学方面的研究和遗传学研究胚胎发育的分子机理发育生物学、细胞系谱、基因突变鉴别、转基因等研究真核生物的细胞功能发育生物学、细胞周期及信号传递等细胞死亡机理线虫果蝇模式生物《实验动物行业从业人员再教育培训课程》什么是实验动物学？实验动物学（LaboratoryAnimalSciences）：是以研究实验动物为主要对象和重点，以服务于动物实验为主要工作目标和探索方向的一门综合性、应用性学科。包括：研究实验动物提供合适的标准化动物研究动物实验保证结果的可靠性和重复性11《实验动物行业从业人员再教育培训课程》影响动物实验结果的主要因素12细菌病毒寄生虫真菌疾病诊治近交系远交群突变系F1代基因修饰营养成分不同动物营养需求饲料生产标准化营养缺乏症气候因素理化因素生物因素居住因素实验结果实验设计动物选择实验技术动物福利遗传学微生物学环境学营养学实验处置基因型表现型演出型实验结果发育环境周围环境实验操作Source:山内忠平（1986），《実験動物の環境と管理》《实验动物行业从业人员再教育培训课程》实验动物学的研究内容13实验动物学研究内容遗传育种学环境与卫生学营养学比较医学动物实验方法学伦理与福利《实验动物行业从业人员再教育培训课程》实验动物学的研究内容14遗传育种学品种、品系的保存方法研究实验动物的遗传改良和遗传控制家畜和野生动物的实验动物化研究GenotypingbyPCRBiochemicalMarker新资源开发、保存及遗传质量标准化《实验动物行业从业人员再教育培训课程》实验动物的遗传育种学15实验动物化0102030405•调查以文献、资料以及野外调查的数据为基础，了解动物的分布、栖息、食性、繁殖期，以及捕抓的时间和方法等。•捕抓/捕获预捕获：从动物保护角度，先捕获少量动物，在研究捕获、运输和饲养方法的同时，研究其实验室繁殖的可能性。正式捕获：充分考虑繁殖群建立所需的最小数量、实验室的可饲养量，以及动物雌雄比等•驯养饲养环境与饲料逐步从野外过渡到实验室环境，同时了解其繁殖特性，选择合适的配种时间和方法，另外，切忌一开始就进行近亲培育。•有用性即比较生物学的研究，探讨实验动物化动物的各种生物学特性或对实验处理的反应，并将结果与已经使用的实验动物或人的数据进行比较，明确相似性和不同点能否应用于研究。•标准化饲养环境、营养、遗传和微生物控制等标准化Source:富田武（1983），《実験動物の遺伝コントロール》《实验动物行业从业人员再教育培训课程》实验动物的遗传育种学16•不同品系动物的繁育技术FoundationStocks(FS)01PedigreedExpansionStocks(PES)02PooledProductionStocks(PPS)03《实验动物行业从业人员再教育培训课程》实验动物的遗传育种学17CoefficientofInbreedingCoefficientofRelationship0F1F2F3F4F5F6F7F8F9F10F11F12F13F14F15F16F17F18F19F2002040608010002537.55059.467.273.478.582.685.988.690.892.59495.196.196.897.497.998.398.6506072.779.284.387.990.592.694.195.396.39797.698.198.598.89999.299.399.599.6近交系数（CoefficientofInbreeding,F）：动物个体的基因组成中纯合子在基因的出现率。或者后代个体基因位点固定同一祖先基因的比率。到第20代时近交系数可以达到98.6%血缘／亲缘系数（CoefficientofRelationship，R）:是指两个个体间的遗传学相似性。同卵孪生子之间的基因组成完全相同时，血缘系数为100％。无血缘关系双亲的同胞间,子代从双亲中获得基因各一半，血缘系数是50%;随着近交代数增加，血缘系数相应不断升高，到第20代时血缘系数可以达到99.6%。Source:LeeM.S,MouseGentics1995《实验动物行业从业人员再教育培训课程》实验动物的遗传育种学18DonorRecipientF1N2N3N4residualheterozygositydifferentialchromosomalsegmentN10FullCongenicHeterozygosityHomozygosityBCG1BCG2BCG3BCG4BCG5BCG6BCG7BCG8BCG9BCG10020406080100100502512.56.253.131.560.780.390.190507587.593.7596.8898.4499.2299.6199.81Source:LeeM.S,MouseGentics1995《实验动物行业从业人员再教育培训课程》实验动物的遗传育种学19小鼠生殖工程技术：超数排卵胚胎配子生殖器官干细胞IVF/辅助IVF生殖器官移植干细胞移植生殖工程技术低温冷冻技术资源保存保种新技术研究《实验动物行业从业人员再教育培训课程》实验动物的遗传育种学胚胎·卵母细胞精子JAX缓慢冷冻法Whittingham1972（1MDMSO，1℃/min，-80℃）中泻法Nakagata1992MRC二步冷冻法Renard1984（1.5M丙二醇，0.3℃/min，-30℃）中泻法Nakagata1992EMMA缓慢冷冻法Whittingham1972中泻法Nakagata1992GSF简易玻璃化法Nakagata1989,Nakao1997（DMSO+DAP213）中泻法Nakagata1992CARD简易玻璃化法Nakagata1989,Nakao1997中泻法Nakagata1992NIH玻璃化冷冻法Rall1995（25%VS15min，75-90%VS30min）中泻法Nakagata1992China简易玻璃化法Nakagata1989,Nakao1997中泻法Nakagata1992世界主要小鼠资源库的低温保存方法《实验动物行业从业人员再教育培训课程》小鼠胚胎冷冻210℃5min1MDMSO室温0℃5min.0℃DAP21345μl1MDMSO5μlmWM37℃LN2简易玻璃化方法：使用1M的DMSO（二甲基亚砜）和DAP213（2MDMSO+1M乙酰酰胺Acetamide+3M丙二醇Propyleneglycol），0℃下平衡后直接投液氮中。Source:Nakagata,JReprodFertil1989;87:479-483《实验动物行业从业人员再教育培训课程》22小鼠冷冻胚胎的复苏LN2室温30s37℃0.25MSucrose0.9mlmWM37℃5%CO210min玻璃化冷冻胚胎可在-196℃的液氮罐中永久保存。通过胚胎移植，90%以上的玻璃化胚胎可以存活，30-50%的存活胚胎可以发育成幼崽。Source:Nakagata,JReprodFertil1989;87:479-483《实验动物行业从业人员再教育培训课程》23小鼠精子的冷冻保存麦管放示意图热封空