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第1章 实验动物科学基本概念及发展概况

1.实验动物科学是一门什么样的学科?

实验动物科学是研究实验动物和动物实验的一门新兴学科。前者是以实验动物本身为对象,专门研究其生活环境、生物学特性、遗传、保种育种、繁殖生产、饲养管理、质量检测、疾病诊治和预防、野生动物的实验动物化以及支撑条件的建立等等,最终实现实验动物标准化的科学。后者是以各学科的研究目的为目标,研究实验动物的选择、动物模型、实验手段与方法以及在实验中实验动物的反应、表现的观察、类比,以保证动物实验的可靠性、准确性和可重复性的科学,即如何使动物实验合理化、规范化。

简而言之,实验动物科学就是研究关于实验动物标准化和动物实验规范化的科学。

2.实验动物科学的研究范围包括哪些?

实验动物科学自20世纪50年代诞生以来,至今已成为一门具有自己理论体系的独立性学科。其主要内容包括实验动物饲育学、实验动物医学、比较医学、动物实验技术。

3.实验动物饲育学研究内容是哪些?

实验动物饲育学主要研究实验动物的生物学特性与解剖生理特点、遗传特点、遗传资源、遗传控制与遗传改造、繁殖、保种育种、营养代谢规律、饲料营养的质量控制、实验动物微生物与微生物质量控制、实验动物品种品系、生产管理、环境设施及其质量控制、实验动物化技术、实验动物的质量标准以及标准化的各种技术手段和措施。

4.实验动物医学研究内容是哪些?

实验动物医学主要研究:①实验动物的各种疾病,包括传染性疾病、营养代谢性疾病、遗传性疾病以及恶劣环境所致疾病的病因、症状、病理特征、疾病发生与发展规律、诊断及防治措施等;②研究实验动物微生物质量的等级分类标准、检测方法、控制措施以及微生物对动物实验的干扰;③研究风险性动物实验与人畜共患病的防治措施。

5.何谓比较医学?

比较医学是对动物与人类的健康和疾病状态进行类比研究的科学。它是以实验动物为替身研究人类,通过建立人类疾病的动物模型及模型系统,来研究:①人类相应疾病的发生、发展规律和诊断、预防、治疗;②宿主抗力机制;③临床变化;④药物、致癌物质、残留毒物的作用等变化规律,从而最终战胜人类疾病。

6.动物实验技术研究的内容是哪些?

动物实验技术研究包括进行动物实验时的各种实验技术、方法和标准化操作程序,也包括实验动物本身的培育、管理、质量控制技术,以及在实验室内人为地改变环境条件,观察并记录动物的反应与变化,以探讨生命科学中的疑难问题,获得新的认识,发展新的规律。

7.如何区别实验动物与实验用动物?

实验动物又称狭义实验动物,是指经人工培育和人工改造,对其携带的微生物和遗传、营养、环境实行控制、遗传背景明确或来源清楚,用于科学研究、教学、生物制品或药品生产、鉴定以及其他科学实验的动物。实验用动物又称广义实验动物,泛指用于科学实验的各种动物,它包括实验动物、家畜(禽)和野生动物。

实验动物是生命科学对实验动物质量的要求,也是实验动物科学发展的必然结果。而实验用动物是实验动物科学存在的基础和开发的源泉,我们通常所说的实验动物化,就是指把广义上用于科学实验的实验用动物经过人工驯养,按科研目的给予科学饲养、繁殖、微生物控制和定向培育,最后变成狭义的实验动物。

8.实验动物科学在众多科学领域发展中有何重要意义?

作为各种实验特殊材料的实验动物本身以及利用实验动物去设计、开展各项动物实验手段和方法的建立,成为实验动物科学的核心内容而受到相关研究领域的科学家普遍关注。

在科学研究中,往往不能直接用人做实验,我们不得不借助于实验动物去探索生命的起源,揭开遗传的奥秘,攻克癌症的堡垒,研究各种疾病与衰老的机理,监测公害污染等,为人类造福。在药品与生物制品、农药、食品添加剂、化工、化妆品、航天、放射性和军工产品的研究、试验与生产、进出口商品的检验中,实验动物是不可缺少的材料,并且作为人的“替身”去承担安全评价和效果试验。

实验动物科学已形成了一门独立的综合性基础科学门类,成为生命科学的重要前沿学科,是生命科学的重要组成部分,也是多个相关学科相互融合、相互渗透的中心。这门科学的重要性在于,一方面它作为科学研究的重要手段,直接影响着许多领域研究课题成果的确立和水平的高低;另一方面,作为一门科学,它的提高和发展,又会把许多领域课题的研究引入新的境地,将对现代科学技术发展起到极大的促进和推动作用。因此,实验动物科学的重要性可概括为下面四句话:它是现代科学技术的重要组成部分,是生命科学的基础和条件,是衡量一个国家或一个科研单位科学研究水平的重要标志,新的科学技术革命更需要实验动物科学。

9.培育新的实验动物种系或建立新的模型动物有何重要作用?

随着现代生命科学的发展,实验动物科学在20世纪确立了自己的地位并得到很大的发展,近交系动物、突变系动物、杂交一代动物、无菌动物、悉生动物、免疫缺陷动物、转基因动物相继出现,每一个新动物群体的出现都给生命科学带来了革命性的变化。这是因为新的实验动物种系或新的模型动物能为生命科学的各个领域提供可靠的手段、先进的工具和有用的技术平台。例如:①近交系动物的出现,使肿瘤在近交系动物中的移植成为可能,并使人们发现了与移植相关的组织性抗原(MHC),从而为人类的器官移植奠定基础;②无菌动物和悉生动物的出现促进了肠道微生物菌丛的研究,使人们认识微生物与免疫、与营养、与人类疾病和衰老的关系;③免疫缺陷动物的出现,使人体的肿瘤能异种移植到裸鼠,为抗癌药的筛选和研究肿瘤做出了贡献;④转基因动物的出现,为分子生物学,特别是人类功能基因组学研究提供了最好的技术平台,为人类认识自我,认识生命现象的本质提供了机会。

10.21世纪实验动物科学的发展趋势是怎样的?

21世纪是生命科学世纪,作为生命科学基础和条件的实验动物科学正加速自己的改造,以适应并推动21世纪生命科学的发展。21世纪实验动物科学的发展趋势表现在:

(1)实验动物标准化(包括实验动物生产条件的标准化、实验动物质量的标准化、动物实验条件的标准化)和动物实验规范化是国际实验动物科学发展的潮流,势在必行。西方发达国家都在积极地为实验动物管理立法。实验动物标准化程度的提高,使得实验数据更加准确可靠。因此,实验动物标准化和法制化管理,是21世纪世界各国实验动物发展的总趋势。

(2)实验动物品种资源呈现多样化趋势:现代科学的发展要求应用更多种类、品系、高质量的实验动物以及各种疾病动物模型,作为应用学科的实验动物科学必然以科学的需求为自身的发展方向,实验动物资源多样化是必然趋势。野生动物的实验动物化研究,对现有实验动物通过分子生物学、胚胎操作技术、化学或物理诱变技术等各种技术手段,培育、开发各种新的动物模型供基因药物产业、新出现疾病的治疗和预防以及其他科学的研究使用,具有非常好的发展前景。

(3)实验动物保种、生产供应和动物实验呈现专业化、产业化与资源共享的趋势:美国JacksonLaboratory和NIH两个实验动物保种单位保存品系在2000种以上,已基本被国际实验动物界所公认。实验动物模型也实现了商品化,一批特殊疾病动物模型的市场供应为肿瘤、心脑肺血管病、肝炎、艾滋病、老年病等重点学科的研究提供了好材料。特别是转基因动物模型,由于体积小、价位高,具有较强的实用性和较好的经济效益,吸引着各国的生产企业纷纷投入大量人力、物力进行研究、开发和生产。21世纪实验动物生产更趋向于专业化、规模化、集约化发展的道路,实验动物的生产供应将进入商品化的新时代,动物实验也将形成区域性、开放性的服务网络,达到专建共用、资源共享、经济节约、促进发展的目的。

(4)信息网络和计算机在实验动物科学领域广泛应用:实验动物设施环境将全部由计算机监控,动物实验的管理如动物的购入、实验日期、动物数量、实验数据统计、实验经费预算等都将由计算机管理。实验动物的生产与供应都实行计算机网络管理,实验者可在网络上查找、购买自己所需的动物。

(5)提倡动物保护与动物福利,实验动物减少、替代和优化研究不断深化和发展,已成为实验动物科学的重要内容,并将成为市场准入的重要条件。

11.人类基因组计划与模式化生物体系的关系是怎样的?

2000年6月,人类第一个基因组草图,即人类基因组计划宣告完成。但是,测定人体30亿个核苷酸序列只是生命科学研究的一个新的开端,而人们对已确定的3万多个人类基因的功能仍不清楚,因此生命科学随着进入一个新的纪元——后基因组时代,即由结构基因组转向功能基因组的研究,功能基因组学已成为21世纪生物学的核心。它将会解决储存在基因组中的遗传语言,揭示基因之间相互作用和关系,大规模、系统地研究基因功能及其在生理和病理过程中的作用,揭示单基因和多基因协同表达和功能相互作用的奥秘,将会认识、分离、鉴定、克隆所有基因。

上述种种,都必须通过实验动物这个模式化生物体系整体表达其功能作用,需要从分子水平到整个生物有机体进行类比研究,因此,模式化生物体系为研究较为复杂的人类基因功能提供了极为有利的条件,是深层次研究工作必不可少、不可取代的研究工具。小鼠是继人之后第二个开始并完成基因组测序工程的哺乳类动物,小鼠与人类的功能基因的同源性高达90%以上。小鼠因其与人类的基因组序列、发育、生化代谢及生理特点相似性而成为研究人类基因功能的最为理想的模式化生物学体系中的模式动物。小鼠作为基因改造动物的材料可以真实地模拟人类,因此小鼠基因组的改造和操纵对于功能基因与基因信息学的研究具有不可替代的作用。

(任海玲刘年双)

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