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10大医学科研模式动物的应用介绍

更新时间:2016-04-22 17:05   浏览: 次  作者:admin    文章来源:未知


    在人类健康、基础医学和生物功能研究中,模式生物是不可或缺的研究工具。模式生物包括动物、植物、微生物等等类型,在医学研究中,模式动物是运用最广泛的工具。模式动物与人类在生命活动中的生理和病例过程有很多相似之处,因此可以模拟人类生命活动或生理、病理进程,作为人类的有效参照物,在单个基因的功能研究和各种疾病、药物机制的研究中有着重要作用。对于一些在人类身上难以进行的工作,以及一些数量稀少,难以操作的动物研究中,采用取材简单,易于操作的的模式动物来替代人类或其他动物进行研究,就很好的解决了这些问题。生物学家通过对选定的动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,此时,这种被选定的生物物种就是模式动物。



    在生物研究的发展过程中,模式动物起到了重要作用,有着无可替代的历史地位。海胆等低等动物模型为受精生物学、发育生物学作出了重大贡献;酵母、大肠杆菌等广泛应用于分子生物学、基因工程等研究中,为基因功能研究及分子机制研究提供了最便利的工具;线虫的应用直接揭示了细胞凋亡现象,为当代生物医学的研究开辟了一门重要分支;果蝇作为模式生物大大推进了遗传学和发育生物学的进展;斑马鱼胚胎透明,易于观察,是进行胚胎发育机制和基因组研究的良好工具;非洲爪蟾卵母细胞体积大,易于显微操作,在发育生物学中有着重要地位;小鼠和大鼠在目前的医学科研中有着不可替代的重要作用。



    虽然模式动物的种类不同,但都有其共同特点:



1) 安全性高,对人体和环境基本无害;



2) 易于饲养,容易在实验室内饲养;



3) 易于繁殖,繁殖周期短,繁殖率高,子代多;



4) 遗传背景清晰,基本掌握遗传特性;



5) 易于操作,易于进行实验操作和观察,遗传操作的手段和表型分析的方法成熟;



6) 有代表性,能够代表生物界的某一大类群生物。



    下面,本文就当前应用最广泛的十种模式生物展开简单介绍,以期对广大医学工作者有所帮助。



    小鼠是目前医学科研中应用最广泛的动物模型,因为小鼠和人的基因相似度达到百分之九十九,能有效地模拟人类基因功能和生理、病理特征。而且,小鼠发展成熟,繁殖都是近亲结合,功能重复性高,安全性高,繁殖率高,饲养相对廉价,在哺乳动物类中具有代表性。因此,医学工作者能够在短时间内同时研究当代及后代的基因功能。英国统计显示,涉及动物实验的研究中,67%的实验对象是小鼠,16%为大鼠,其它哺乳类占4%。目前利用小鼠制做的疾病模型很多,有诱发性动物模型,自发性动物模型,抗疾病性动物模型和生物医学动物模型等,可以通过人工诱导、自然发生等途径模拟各种人类疾病,为疾病分子机制研究、药物分子研究等做出了重大贡献。目前我国所用的小鼠种类有:ICR小鼠,BALB/c小鼠,C57BL小鼠,C3H小鼠,KM(昆明)小鼠等,根据其不同特性,应用于不同的疾病模型建立中。BALB/c小鼠对致癌因子较敏感,可用于建立乳腺癌、肺癌、白血病等癌症模型;血压高,易于动脉硬化。C57BL小鼠对白血病因子和麻疹病毒敏感,淋巴瘤发生几率高,易于患骨骼方面的疾病。C3H小鼠肝癌和乳腺癌的发病率都很高。KM(昆明)小鼠是我国繁殖最广,使用量最大的小鼠种系,来源于swiss小鼠,基因杂合率高,抗病能力和适应能力都很强。ICR小鼠体格健壮,适应能力强,繁殖快,实验重复率高,适合用于血液疾病的研究。



    大鼠和小鼠属于同科不同种,因其体型相较于小鼠要大,生存能力强,生命力更顽强,因此较多用于小型组织如垂体摘除、脑脊液抽取等实验和心肌缺血等要求顽强生命力的实验。目前主要使用的种系有:SD大鼠,wistar大鼠,fisher大鼠,SHR大鼠,ACL大鼠等。



    新西兰兔也是成熟的实验动物模型,体型较大鼠更大,广泛用于心血管疾病,如心肌梗塞、窒息性心脏停跳、血管造型等的研究,以及脑损伤、脑膜炎等脑部疾病。



    猴子属于高等灵长类动物,无论外形,还是生理、病理机制,以及基因组都与人类非常相似,因此同样是重要的生物学模型。但是,正是由于其与人类相似,猴子的繁殖速度慢,不易于广泛饲养,同时由于伦理、道德等的限制,猴子作为模式动物被使用得不多,目前主要用于临床药物的筛选和研究。



    鸡作为模式生物也有其独特的优势。首先,鸡基因组的长度只有哺乳动物的三分之一,重复序列少,内含子短;其次,鸡和人的基因组保守同线性水平非常高;鸡的基因图谱大。因此,鸡是研究基因组和基因组学的非常有价值的生物模型。



    非洲爪蟾是主要的胚胎学研究用实验动物模型,很早就用于诊断早期妊娠。只要把妇女的尿液注射到爪蟾体内,10-20天就能刺激排卵或排精。非洲爪蟾的特征是取卵方便,不受季节限制,产卵量大,卵子和胚胎的体积也大,适合显微注射等胚胎学操作,因此用于胚胎研究。



    斑马鱼同样是模式生物界的名星。斑马鱼作为经典的模式生物,其最大的特点就是胚胎透明,易于观察胚胎发育。此外,斑马鱼体外受精和发育,性成熟周期短,易于繁殖和培养,成为基因组研究的主要模式生物。现在,斑马鱼更被广泛用于生命体多种系统如心血管系统、神经系统等的研究。



    果蝇是著名的模式生物,摩尔根带领的实验室以果蝇为研究对象,奠定了世界遗传学的基础。果蝇的染色体只有四对,因其数量少,而且形状各异,为遗传学的研究提供了极大便利。而且繁殖迅速,易于培养,大大缩短了研究的时间。



    1891年,hans driesh在显微镜下海胆胚胎一分为二,发现两个细胞都分化为成熟个体,推动了发育生物学的重大进步。海胆的胚胎透明,发育迅速,易于得到大量受精卵,基因组与人类相似,又不像人类基因组般复杂,因此成为了基因组学和胚胎发育学的重要工具。



    秀丽隐杆线虫也是经典的模式生物,其通体透明,体细胞数量恒定,特定功能的细胞位置不变,是研究个体发生的良好材料。悉尼•布雷内等人正是利用线虫作为研究对象,才发现器官发育和细胞凋亡中的基因规则。为分子生物学的研究奠定了基础。



    根据研究目的的不同和生物性状的不同,大量的动物、植物、微生物被用于科研,为科学的发展和医学的不断进步做出了重大贡献。合理的利用模式生物,将会使实验变的更有说服力。


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