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實驗動物科學:第二節(jié) 近交系的特征和應用意義

一、近交系的特征(一)基因純合性。通過持續(xù)20代以上的近親繁殖,基因已高度純合化。純合子的純度在理論上接近最高點,基因已有98.6%以上完全純合,僅有1%左右不純合,因此近交品系動物的基因是一致的,遺傳組成亦相同。在一個近交品系內(nèi)所有動物的各個基因位點都應該是…

一、近交系的特征

(一)基因純合性。通過持續(xù)20代以上的近親繁殖,基因已高度純合化。純合子的純度在理論上接近最高點,基因已有98.6%以上完全純合,僅有1%左右不純合,因此近交品系動物的基因是一致的,遺傳組成亦相同。在一個近交品系內(nèi)所有動物的各個基因位點都應該是純合子,這樣的個體與該品系中任何一個動物交配所產(chǎn)生的后代也應該是純合子,在這些動物中沒有暗藏的隱性基因。

(二)遺傳穩(wěn)定性。由于近親繁殖增加了在特定部位純合子互相配合的可能性,因而減少了遺傳變異,基因型可長期處于穩(wěn)定狀態(tài),這種相對穩(wěn)定性來自純合性。因為基因高度純合,所以純合子基因可以極穩(wěn)定地傳給后代。如DBA系已維持好60多年,C57BL系已維持了50多年,但至今仍與原品系極相似。當然近交系動物有時會因突變造成基因改變而發(fā)生變異,是為例外。因此,近交系動物在遺傳上是相當穩(wěn)定的,遺傳上的變異僅發(fā)生在少量殘留雜合基因或基因突變上,而這種機率非常低。如果品系在被確認為近交系后堅持近交,同時輔以遺傳監(jiān)測,有時地發(fā)現(xiàn)和清除遺傳變異的動物,保持近交系動物遺傳穩(wěn)定性是絕對沒有問題的。

(三)同基因性;蛐突蚍Q遺傳型是一切遺傳基礎的總和,是內(nèi)在的遺傳本質(zhì)。同基因性,是指一個近交品系中所有個體在遺傳上是同源的。由于基因高度純合和基因型相當穩(wěn)定,而致個體間極為相似,即同一品系內(nèi)具有基本相同的遺傳組成和基因點,也就是基因型相同。這種遺傳上的均質(zhì)性可采用組織移植方法來檢測,也可用一只動物檢測群體的基因型;從子代群體中檢定母系群體。

(四)表現(xiàn)型的均一性。表現(xiàn)型是基因在環(huán)境因素作用下表現(xiàn)出來的、可被直接觀察到的親代的性狀。在相同環(huán)境因素的作用下,由于遺傳是均質(zhì)的,所以其表現(xiàn)型是均一的,反應性是一致的。近交品系動物的性狀如腫瘤發(fā)病率、形態(tài)學特點、血型和組織型、對藥物的反應、甚至行為的類型等都可高度遺傳,均衡一致遠比遠交系為強,因此可用較少量的近交品系動物,達到統(tǒng)計需要的精密度。

(五)個體性。由于不同品系都具有不同的遺傳組成和生物學特性,所以不同品系各有不同的特性。目前國際上公認的250個近交品系小鼠間,均各有明顯的區(qū)別,有其不同的反應性和敏感性,如自家免疫病鼠、白內(nèi)障鼠、腦積水鼠、多尿癥鼠、缺乏免疫球蛋白M鼠、對胰島素敏感鼠等等。因此,選擇近交品系鼠時,必須注意其是否適合各項研究設計的需要,決不能認為近交系動物遺傳均一、基因型相同、反應性一致,就隨便選一個品系來做實驗。

個體性從整個近交系動物來看,每個品系在遺傳上都是獨特的,這表明在相當廣泛的特性上,有些品系可能自發(fā)一些疾病,成為研究人類疾病理想的模型。在某些情況下,品系間的送別顯示在量上,而不是在質(zhì)上,而這一點在研究上也非常有用。因為以此可在很多的近交系中篩選出對某些因子敏感和非敏感的品系以達到不同的試驗目的。

(六)分布的廣泛性。許多近交系在國際上廣泛分布,從而有可能在世界各國之間進行比較研究。這在理論上意味著不同地區(qū)、不同國家的科學家有可能去重復或驗證已取得的理論和數(shù)據(jù)。但因環(huán)境變化可引起遺傳變異,因此,環(huán)境條件應力求盡可能一致。如同一近交品系的兩只動物,一只吃完善的飼料,另一只吃營養(yǎng)不足的飼料,則二者可發(fā)生不同的變化。

(七)資料可查性。近交品系的一個最有價值的特點是最常用的品系都具有相當數(shù)量的背景資料,由于近交品系動物在培育和保種的過程中都有詳細的記錄,加之這些動物分布廣泛,經(jīng)常使用,目前已有相當數(shù)量的文獻記載著各個品系的生物學特征,這些有關(guān)品系的特征、壽命和自發(fā)性疾病等資料,對研究工作選擇品系是極為重要的,而且這些基本數(shù)據(jù)對于設計新的實驗和解釋所得結(jié)果提供了便利條件。

(八)可分辨性。每個近交品zxtf.net.cn/job/系都具有自己獨特的生化標志基因等特點,研究工作者可定期進行檢測,以識別所使用的近交品系動物是否可靠。方法有:生化位點法、皮膚移植法、毛色基因法和下頜骨測量法。由于絕大多數(shù)近交品系在很多遺傳位點上已有了分型,如果掌握了這些方法,可以根據(jù)這些位點的分型輕而易舉的將混合在一起的兩個外貌近似的品系分辨出來。

二、使用近交系的優(yōu)點

使用實驗動物進行各項科學研究的一個關(guān)鍵問題,就是怎樣使動物實驗的結(jié)果正確、可靠、有規(guī)律性、重復性好,從而精確判定實驗結(jié)果、得出正確的結(jié)論。使用一般普通飼養(yǎng)的實驗動物是采用任意交配的繁殖方法,所產(chǎn)生的動物個體差異較大,所以必然影響實驗結(jié)果的均一性,有時難以判定實驗結(jié)果。選用近交系動物作實驗就能克服這些缺點,滿足實驗研究的需要。采用純系動物作實驗,具有下列主要優(yōu)點:

1.具有相同的基因型,表現(xiàn)型www.med126.com也一致,所以其反應是一致的,實驗結(jié)果正確、可靠。由于連續(xù)近交繁殖,同一近交系的各個體具有相同的基因型,在相同的環(huán)境條件下又具有相同的表現(xiàn)型,故其性狀即其各種生物學特性比較一致,對外來刺激反應也一致。

2.各品系均有其獨特的特性,根據(jù)實驗目的可選用不同品系來作實驗,實驗重復性好,所用動物少,實驗周期短,節(jié)省人力、物力和時間。

3.國際上分布廣泛,不同國家的科研單位由于使用同一近交系動物所取得的結(jié)果是相似的,便于國內(nèi)和國際間學術(shù)交流和實驗重復。

4.可以作為有價值的病理學模型,如有致癌品系、抗癌品系、致白血病品系,嗜酒性品系、易抽搐品系等,是研究人類疾病的重要實驗材料。

5.它是標準的實驗材料,動物生長發(fā)育到一定時間就有一定的規(guī)格。

6.有大量的歷史資料可查,每個品系均有其詳細的遺傳學資料,遺傳背景明確,其生物學特性、生理生化特點、常見疾。òㄗ园l(fā)性疾病)等都有過系統(tǒng)的研究,便于研究者查閱和選擇應用。

三、近交系動物在生物醫(yī)學研究中的應用

近交系動物首先應用于遺傳學研究,以后又為腫瘤和免疫學家所重視。在腫瘤的研究工作中應用最廣泛,培育的品系也最多,對腫瘤的病因?qū)W、發(fā)病學、實驗治療和新抗癌藥物的研究等都發(fā)揮了重要作用。所以近交系動物的建立已受到世界各國醫(yī)學科學研究工作者的重視。正如化學家需要分析純的化學藥品、物理學家需要高度精密的儀器一樣,近交系動物對醫(yī)學研究是至關(guān)重要的。倫敦大學古勃寧說:“……生物學中近交的應用和化學中應用分析平秤的意義一樣重要!辈柗ㄊ险f“……癌的免疫治療的最好途徑的發(fā)展與1952年開始和發(fā)展起來的近交系動物是有關(guān)的”。

隨著醫(yī)學科學研究的飛速發(fā)展,近交系動物的培育及應用愈來愈被人們所重視,為適合不同課題研究需要而培育的近交系動物品系也愈來愈多,在醫(yī)學、生物學、藥物學等各個領(lǐng)域內(nèi)的應用也日益廣泛。生物制品、藥品、食品等產(chǎn)品檢定,疾病診斷、生理、病理、腫瘤、免疫、內(nèi)分泌等學科的研究工作中都需要使用近交系動物進行各種實驗。

近交系小鼠目前在國內(nèi)許多科研單位已得到重視和應用。尤其在遺傳、腫瘤、免疫、放射、白血病等研究中應用較多,其中在腫瘤、白血病研究中的應用更多,可以挑選致癌系小鼠進行致癌,可以在同一時間內(nèi)獲得許多生長同腫瘤的動物,然后進行各種種瘤的理論和防治研究。

在生物醫(yī)學實驗研究中應用最廣泛的是近交系小鼠,它可以根據(jù)各種特殊實驗的需要培育各種品系,如致癌鼠、抗癌鼠、糖尿病鼠、白血病鼠、先天性肌肉萎縮癥鼠等。近交系小鼠應用也較多,近交系的金黃地鼠、豚鼠以及狗等也有應用。1975年出版的第三版《國際實驗動物索引》中公布的的交系動物品系數(shù),小鼠388系,大鼠130系,豚鼠8系,家兔2系,黑線倉鼠2系、金黃地鼠38系,F(xiàn)在世界上已經(jīng)有純品系小鼠500多個品系,大鼠包括亞系在內(nèi)約200多個,豚鼠12個,家兔6個。

從1952年以來,國際近交系小鼠標準命名委員會(Committee on Stanardized Nomenclature for Mice)對承認的近交系小鼠進行命名,每隔4年在美國腫瘤研究雜志上公布一次,先后于1952、1960、1964、1968、1972、1976、1980和1984年共公布過八次。第一次1952年公布了124個品系,第五次1972年已發(fā)展到244個品系,1976年為252年品系,1980年為250個品系,1984年為250個品系,我國培育的615、津白Ⅰ和津白Ⅱ小鼠也得到承認并被列入。

近交系動物的廣泛應用,極大地提高了實驗結(jié)果的正確性和重復性。以近交系小鼠為例,目前已廣泛應用于的腫瘤研究課題(見表8-1),也廣泛應用于基礎和臨床醫(yī)學的各類實驗研究(見表8-2)。

雜交瘤(Hybnridoma)合成單克隆抗體(Monoclonal antibodies)是近年來生物醫(yī)學中一項重大的突破,將對人類腫瘤的治療,傳染病的防治和診斷及免疫機制的研究等方面產(chǎn)生巨大的影響和變革。這項新技術(shù)選用的主要實驗材料就是BALB/C近交系小鼠,單克隆抗體研究就是從BALB/C小鼠骨髓瘤開始的,近幾年來單克隆抗體的研究,又有了新的發(fā)展。雙特異性單克隆抗體(bsMCA)的研究,是英國劍橋大學分子生物學實驗室Milstein博士正在進行的研究(Milstein是單克隆抗體技術(shù)創(chuàng)始人之一),這在國際上剛開始,國內(nèi)尚未展開此項研究。制備又特異性單克隆抗體就必須要用Lou株近交系大鼠,因為Lou株近交系大鼠制備單克隆抗體時,其腹水量比用BALB/C小鼠大幾十倍,能較好地解決單克隆抗體的大量制備。雙特異性單克隆抗體技術(shù)和雜交~雜瘤技術(shù)是單克隆抗體技術(shù)的新進展,bsMCA可代替交聯(lián)劑和酶標技術(shù),在免疫組化和免疫測定技術(shù)上有廣泛應用,在癌癥的導向治療和體外免疫掃描診斷上也有廣闊的應用前景。

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