隨著實驗動物的進(jìn)展,實驗動物的分類方法愈來愈細(xì),也更加科學(xué)化,通過了解下面的幾種分類方法,同時可扼要地了解實驗動物的來源和發(fā)展情況。
1.實驗動物(Laboratory animals)是專門培育供實驗用的動物,主要指作為醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、生物學(xué)、獸醫(yī)學(xué)等的科研、教學(xué)、醫(yī)療、鑒定、診斷、生物制品制造等需要為目的而馴養(yǎng)、繁殖、育成的動物。例如小鼠和大鼠是首先按實驗要求,嚴(yán)格進(jìn)行培育的實驗動物,其次如地鼠類、豚鼠、其它嚙齒類、鵪鶉等亦已實驗動物化。
2.經(jīng)濟(jì)動物(Economical animals)或稱家畜家禽(domestic animals and domestic fowl)是指作為人類社會生活需要(如肉用、乳用、蛋用、皮毛用等)而馴養(yǎng)、培育、繁殖生產(chǎn)的動物。轉(zhuǎn)為實驗用的有:產(chǎn)業(yè)家畜(豬、馬、牛、羊、雞、鴨、鵝、鴿、兔、魚類等)和社會家畜(犬、貓、金魚等),其中一部分雖已培育成能達(dá)到作為實驗動物的目標(biāo),但同具有高標(biāo)準(zhǔn)水平的鼠類相比,其品質(zhì)還不能說是很高的。
3.野生動物(Wild amimals)是指作為人類需要,從自然界捕獲的動物,沒有進(jìn)行人工繁殖、飼養(yǎng)的動物。例如兩棲類、爬蟲類(青蛙、蟾蜍、蠑螈、水龜等);魚類(鯽魚、泥鰍等);無脊椎動物(蛤蜊類、墨魚類、蟹類、海膽類、蠅類、蚊類、蟑螂等)鳥類;嚙齒類(如黑線倉鼠、長爪砂鼠、黑線姬鼠等野鼠);靈長類(猿猴)等,這些野生動物,除少數(shù)外,一般均不能進(jìn)行人工繁殖生產(chǎn)。
4.觀賞動物(Exihibiting animals)是指作為人類玩賞和公園里供人觀賞而飼養(yǎng)的動物,如踏車小白鼠、玩賞犬和貓等。
實驗用動物來源于野生動物,從野生到家養(yǎng),通過純化(定向培育)發(fā)展成多種實驗動物。野生動物家畜化,家畜動物種化,實驗動物純化,是野生動物演變?yōu)閷嶒瀯游锏倪^程。
這里必須強(qiáng)調(diào)指出,以往,把實驗用動物非常含糊地稱為實驗動物,在習(xí)慣上誤認(rèn)為:實驗用動物和實驗動物概念是一樣的,現(xiàn)在必須加以糾正,兩者應(yīng)該明確區(qū)分。實驗用動物就是指一切用于實驗的動物,其中除了符合嚴(yán)格要求的實驗動物外,還包括家畜(產(chǎn)業(yè)家畜和社會家畜)和野生動物,這三類統(tǒng)稱為實驗用動物(Animals for Research,或Expermental Animals)。將實驗用動物區(qū)分為實驗動物,家畜和野生動物這三類動物是很重要的,也是很必要的,因為在動物實驗上,特別重視反應(yīng)的重復(fù)性,這三類動物有較大的差異。所謂反應(yīng)的重復(fù)性就是指不同的實驗工作者,在不同的實驗地點(diǎn),不同的時間,用同一品系動物所做的的實驗,幾乎沒有差異地均能獲得相同的結(jié)果。這就希望動物實驗?zāi)苓_(dá)到象化學(xué)分析天平稱量那樣的精確度,對實驗動物來說,要求能達(dá)到化學(xué)試劑那樣的純度。為了達(dá)到這個目的,就必須同時進(jìn)行極為嚴(yán)格的遺傳和環(huán)境的控制,兩者不能偏廢。這對實驗動物來說是可以作到的,對野生動物幾科是不可能的。對家畜來說,并不具備這些條件,雖然,家畜中某個品種的確立,亦有一定程度的遺傳學(xué)控制和人工飼養(yǎng)管理條件,但同實驗動物的嚴(yán)格要求相比,還是相差懸殊。再從育種的角度來看,家畜育種的遺傳性質(zhì)目標(biāo),不外乎是按畜產(chǎn)上要求的泌乳能力(乳牛),產(chǎn)蛋能力(家禽),肥育能力(肉用家畜),產(chǎn)毛能力(皮毛動物)等來進(jìn)行的,其選種的方法是擇優(yōu)除劣,即排除低生產(chǎn)性能的遺傳形質(zhì)和易感疾病形質(zhì)。而實驗動物育種的形質(zhì)目標(biāo),是按研究上的需要來考慮的,可利用的形質(zhì)是非常多的,除了培育有高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)性能的形質(zhì)外,凡是在實驗動物中發(fā)現(xiàn)的同人相類似的疾病,都要通過遺傳學(xué)手段積極的把它培育后保留下來,建立“疾病模型”的品系。不僅如此,對耐病性形質(zhì)的的培育的方向也是多方面的,既要培育耐病性高的形質(zhì)(例如低癌品系),同時又要培育耐病性低的形質(zhì)(例如高癌品系),以適應(yīng)研究的需要,這就同家畜的高性能育種方向安全不同,而且家畜也是很難作到這些。由引可以看出,將“實驗用動物”區(qū)分為上述三類動物是完全必要的。
m.zxtf.net.cn/Article/在化學(xué)實驗中,要準(zhǔn)備很多不同種類和不同純度的試劑,按其含有雜質(zhì)的多少可分為普遍的、實驗室的、化學(xué)純的、分析純的等不同純度的試劑,分別用于不同目的和要求的試驗。在物理實驗中,亦同樣要制造出精密度各不相同的各種測定儀器、電子計算機(jī)等,促使物理學(xué)試驗達(dá)到更加精確、迅速和完整的地步。實驗動物被稱為“活的試劑”的“活的測定器”。在動物實驗時,就需要有純度高的、敏感性強(qiáng)的,適合各種實驗?zāi)康囊蟮慕】档钠废祫游。目前,按遺傳學(xué)控制方法,根據(jù)基因純合的程度,把實驗動物分類為:近交系、突變系、雜交群、封閉群四類,其規(guī)定要求各不相同,而雜種(Mongel)是未經(jīng)遺傳學(xué)控制而進(jìn)行無計劃交配繁殖的動物,故不屬于本分類范圍。
從遺傳角度分類,也可將其分為同因型和不同基因型兩類動物。同基因型動物又可分為近交系動物、同源導(dǎo)入近交系(近交同類系)動物、異單基因近交系(近交同類突變系)動物、重組近交系動物、突變系動物、雜交F1代動物、單親二倍體動物和嵌合體動物。不同基因動物一般是指遠(yuǎn)交系動物和封閉群動物。每種動物在遺傳學(xué)、生物學(xué)特性上和應(yīng)用上都各具特點(diǎn)。
同基因型動物主要以近交系動物為代表,在繁殖中根據(jù)目的不同分別采用近交、雜交、或連續(xù)回交、或回交互交等特殊的方式培育而成。
不同基因型或雜合型的動物主要來源于遠(yuǎn)交雜種或近交純種的動物,一般稱為遠(yuǎn)交系動物或封閉群動物。種子來源于近交系或有近交歷史的動物。其基因純度與近交系相比差異不大,來源于沒有近交歷史的種群而繁殖的遠(yuǎn)交系動物,其基因變異情況差別很大。一般來說這些動物采用隨機(jī)交配的方法,盡量避免選擇,避免近交,保持一定的遺傳異質(zhì)性。
遠(yuǎn)交系動物和封閉群動物的特點(diǎn),主要為高產(chǎn)、適應(yīng)性和抗病性強(qiáng),常用于生殖、生理、腫瘤、毒理、藥理、免疫、微生物等研究工作以及一些藥品、生物制品的制造和鑒定工作,目前常用的遠(yuǎn)交系動物有NIH、ICR等在我國則為昆明小鼠。
不同基因型的動物與基因型相同的動物相比在以下幾個方面存在差異,見表1-4。
表1-4 同基因型與不同基因型動物比較
特 性 | 同 基 因 型 | 不 同 基 因 | ||
近 交 系 | F1代雜交動物 | 遠(yuǎn) 交 系 | F2系或雜種 | |
同基因性 | 高 | 高 | m.zxtf.net.cn/zhicheng/不高 | 低 |
純合性 | 高 | 低 | 低(可變性) | 低 |
長期遺傳穩(wěn)定性 | 高 | 高 | 低 | 低 |
可檢定的客觀指標(biāo) | 高 | 高 | 中等 | 低 |
表型一致性 | 高 | 較高 | 中等 | 低 |
獨(dú)特性 | 高 | 較高 | 中等 | 低 |
國際公布 | 很廣 | 很廣 | 有限 | 極有限 |
背景資料 | 多 | 中等 | 中等 | 少 |
按遺傳學(xué)控制方法,目前將實驗動物分為下列幾類,其主要特點(diǎn)分述如下:
1.近交系動物(Inbred strain animals):近交系動物一般稱為之純系動物。是采用兄妹交配(BXS——brother sister)或親子交配(PXO——parent xoffspring,父母與子女交配),連續(xù)繁殖20代以上而培育出來的純品系動物。一般以小鼠為典型代表。所以把嚙齒類動物同胞兄妹連續(xù)交配達(dá)20代以上的品系稱為近交系,其近交系數(shù)可達(dá)99.8%,亦可用親子(父女、母子)連續(xù)交配20代以上達(dá)到近交目的,其近交系數(shù)可達(dá)99%。但必須用年輕的雙親同其子女交配,而且親子交配不能同兄妹交配混用。很多學(xué)者認(rèn)為,較大動物的純種培育很難獲得成功,因為成功率低,往往成為經(jīng)濟(jì)上的學(xué)生負(fù)擔(dān)。例如犬和貓連續(xù)兄妹交配20代需經(jīng)20年左右。雞和兔亦也花費(fèi)較長時間。但目前畢竟因研究上的特別需要,已培育出兔、犬、貓、雞、羊、獵等的若干近交系。有些學(xué)者提議:禽類和兔的血緣系數(shù)達(dá)到80%以上時(相當(dāng)兄妹交配四代),即可稱為近交系。
2.突變系動物(Maiant strain animals)是保持有特殊的突變基因的品系動物,也就是正常染色體的基因發(fā)生了變異的、具有各種遺傳缺陷的品系動物。生物在長期繁殖過程中,子代突變發(fā)生變異,其變異的遺傳基因等位點(diǎn)可遺傳下去,或即使沒有明確的遺傳基因等位點(diǎn),但經(jīng)過淘汰和選拔后,仍能維持穩(wěn)定的遺傳形質(zhì)。這種變化了的能保持遺傳基因特性的品系,稱之為突變品系。在小鼠和大鼠中,通過自然突變和人工定向突變,已培育出很多突變品系動物。
3.雜交群動物(Hybrid animals)也稱雜交一代動物或系統(tǒng)雜交動物。是指兩個近交品系動物之間進(jìn)行有計劃交配所獲得的第一代動物。簡稱F1動物。一般只用子一代F1,有時也用子二代F2。例如由C57BL/6J和DBA/2小鼠交配后培育的第一代為DBF1或D2B6F1,C57L/J和A/He交配后的第一代為LAF1。
4.封閉群動物(Closed colony animals)是指一個動物種群在五年以上不從外部引進(jìn)其他任何品種的新血緣,由同一血緣品種的動物進(jìn)行隨意交配,在固定場所保持繁殖的動物群。一般對群的大小、封閉年月、繁殖結(jié)構(gòu)等均有明確的規(guī)定。可分為起源于近交系但并不進(jìn)行兄妹交配的維持群和不起源于近交系而亦不進(jìn)行兄妹交配的維持異。也就是在這固定的一群動物中,有的可能有近交關(guān)系,有的則無近交關(guān)系,但都要避免兄妹交配,也要避免親子、表兄妹、侄伯之間相互交配,保持其一定的遺傳差異。例如ddN小鼠,惠斯脫(Wistar)大鼠、各研究所長期自行繁殖的昆明種(瑞士種)小鼠、青紫兔、新西蘭白兔、大白耳兔、豚鼠等均屬此類。
在飼養(yǎng)動物的環(huán)境中及動物的體表、粘膜和消化道內(nèi)容物中,均存在著大量種類繁多的微生物和寄生蟲,如何控制微生物是特別重要的。一個優(yōu)?
■[此處缺少一些內(nèi)容]■
,故用藥物將卵周圍滅菌后移入無菌隔離器內(nèi)使其孵化即可,而且,這些動物一般在在出生后能自力采食,故較易育成。
2.悉生動物(Cnotobiotes animals)是指機(jī)體內(nèi)帶著已知微生物(動物或植物)的動物。此種動物原是無菌動物,系人為的將指定微生物叢投給其體內(nèi),例如使大腸桿菌定居在無菌小鼠體內(nèi),在進(jìn)行微生物檢查時,僅能檢出大腸桿菌。亦有人工投給二種以上的已知微生物。悉生動物一般分為單菌(Monoxenie)、雙菌(Dixenie)、三菌(Trixenie),或多菌(Polyxenie)動物。此種動物同無菌動物一樣是放在隔離器內(nèi)飼育的,但因其帶有已知的微生物,故隔離器內(nèi)有微生物及其代謝產(chǎn)物的污染。例如,人工投給的微生物,除可在飲水中增殖外,還能在隔離器內(nèi)放出大量的氨氣。
3.無特定病原體動物(Specefic pathogen-free animals)是指機(jī)體內(nèi)無特定的微生物和寄生蟲存在的動物,簡稱SPF動物。但非特定的微生物和寄生蟲是允許存在的,故其實際上就是指無傳染病的健康動物。由于用疫苗和藥物進(jìn)行預(yù)防及治療,或用淘汰帶菌動物來作出SPF動物的方法并不實用(既浪費(fèi)時間,又難保確實除去病原)。故一般大多先培育出無菌動物或悉生動物后,再把其轉(zhuǎn)移到有封閉系統(tǒng)(Barrier System)的設(shè)施中飼育繁殖。原則上SPF動物室內(nèi)是不允許存在病原菌的,但在封閉系統(tǒng)環(huán)境中,難免有很多非病原性微生物會逐漸進(jìn)入動物機(jī)體內(nèi),故亦有人把這個轉(zhuǎn)移過程稱之為通常動物化。SPF動物的祖先是無菌動物,按理來說,無菌動物的子宮內(nèi)和卵中應(yīng)該是無菌的,然而,有些病毒實際上是通過親代傳給胎兒的,因此,在作出無菌動物和SPF動物之前,必須充分考慮這個問題。
4.清潔普通動物(Clean conventional animal,CCV)(亦稱最低限度疾病動物MOA)或稱清潔動物(Clean animal,CL)
來自屏障系統(tǒng)的SPF動物,飼養(yǎng)在設(shè)有兩條走廊的,溫濕度恒定的普通設(shè)施中的動物。墊料、飼料、用具等均應(yīng)經(jīng)過高壓消毒。飲水pH為2.5~2.8,鼠盒上帶過濾帽,空氣亦應(yīng)經(jīng)過一定的過濾,工作人員穿干凈服裝操作,此類動物的微生物控制標(biāo)準(zhǔn)基本與SPF相同,不同之處為血清病毒抗體檢查(腦脊髓炎病毒、鼠肝炎病毒……)經(jīng)常可檢出一定滴度的抗體,但不允許出現(xiàn)臨床癥狀和臟器的病理變化和自然死亡。
普通動物(Conventioal animals)是未經(jīng)積極的微生物學(xué)控制,普遍地飼養(yǎng)在開放衛(wèi)生環(huán)境里的動物。墊料和食物不經(jīng)高壓消毒,飲水為自來水,不喂青飼料。鼠應(yīng)排除肺炎病毒,沙門氏菌和鏈球菌,地鼠不應(yīng)有蟯蟲。普遍動物只能供教養(yǎng)和一般性實驗,不適用于研究實驗。
國外將實驗動物分為五級和四級,以用于不同的實驗。我國現(xiàn)在尚未劃分實驗動物的級別標(biāo)準(zhǔn)。1980年10月在北京召開醫(yī)學(xué)科研存設(shè)計座談會,有30多位國內(nèi)著名專家教授參加,根據(jù)我國具體條件,這次會議對實驗動物進(jìn)行了分級,列舉如下:
Ⅰ級:用于教學(xué)示教的動物,應(yīng)沒有能傳染給人的疾病,如結(jié)核、假結(jié)核、痢疾、傷寒沙門氏菌感染、出血性黃疸螺旋體病、淋巴細(xì)胞脈絡(luò)腦膜炎病毒感染,皮膚霉菌病,體外寄生蟲病等。
Ⅱ級:用于一般動物實驗,除Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)外,動物在一般實驗動物室內(nèi)繁殖飼養(yǎng),種系清楚,不雜亂,沒有動物所特有的疾病,如脫腳。ㄊ蠖)、流行性腹病毒、致死性腸道病毒、Pillifomis菌、出血性敗血性巴斯德菌、支氣管敗血性傳代菌感染、絲蟲病、球蟲病、蠕蟲(除蛔蟲外)病等。
Ⅲ級:即所謂無特定病原體(Specific Pathogen free,SPF)動物,除Ⅱ級標(biāo)準(zhǔn)外,動物為部腹產(chǎn)或子宮切除產(chǎn),均按純系要求繁殖,在隔離器內(nèi)或?qū)恿魇覂?nèi)飼養(yǎng),只有一些不致病的細(xì)菌叢,沒有各種致病的病原體。
Ⅳ級:即無菌(Germ free,GE)動物,在全封閉無菌條件下飼養(yǎng)的純系動物,動物體內(nèi)外不帶有任何微生物和寄生蟲(包括絕大部分病毒)。
Ⅲ級及Ⅱ級動物的要求較高也較貴,只宜用于特殊目的和要求的實驗。
最近國內(nèi)實驗動物專家和科技工作者研究認(rèn)為,現(xiàn)在我國醫(yī)學(xué)實驗動物分為四級:一級為普通動物;二級為清潔動物;三級為無特定原體動物;四級為無菌動物和悉生動物。
普通動物(CV)要求必須不帶有人獸共患病原體及體外寄生蟲。清潔動物(CL)要求在CV的基礎(chǔ)上,還須不帶有動物傳染病的病原體。無特定病原體動物(SPF)要求在CL基礎(chǔ)上還須不帶有干擾實驗的微生物。無菌動物(GF)要求不帶有任何用現(xiàn)有的方法可以檢出的微生物。悉生動物(GN)要求在無菌動物體上植入一種或數(shù)種已知的微生物。