特种实验动物

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3、代谢疾病转基因动物模型 (1)高歇氏病转基因动物模型 (2)家族性神经多发性淀粉样变 (FAP)转基因小鼠 (二)基因治疗的动物模型: 将外源生长激素基因导入“侏儒 症”小鼠——个头增大3倍,恢复生育 能力。
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左侧为转移了大鼠生长激素基因的小鼠 1982年,Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导 的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激 素基因连在一起,并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中, 从而培育出了世界上第一批转基因小鼠。这些转基因小鼠 长期取食含有足量锌的食物后,就会长得非常大。转基因 小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮。
第八章 特种实验动物
杜小燕(Ph.D) email: duduyan@ccmu.edu.cn
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第一节 免疫缺陷动物
一、概念 1962年,苏格兰医师Issacson等发现无胸 腺裸小鼠。 1969 年, Rygaard 首次成功将人类 恶性肿瘤移植于裸小鼠体内。 免疫缺陷动物(immunodeficient animal)是 指由于先天性遗传突变或用人工方法造成一种或 多种免疫系统组成成分缺陷的动物。
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第二节 转 基 因 动 物
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1982年,Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导的研究 小组将大鼠的生长激素基因,显微注射到小鼠胚胎中,从而培 育出了世界上第一批转基因小鼠。
•Gordon(1980)等采用原核显微注 射法获得了第一例转基因小鼠。 •Palmiter(1982)等采用显微注射法 将带有小鼠mMt启动子的大鼠生长激 素基因注入小鼠的受精卵中,获得 “超级小鼠”,引起巨大轰动。
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中国科学院上海实验动物中心
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转基因荧光兔
转基因荧光鱼
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(Chan AWS, et al. Science 2001; 291:309-312)绿色荧光蛋白(GFP)基因 猴的组织被证明含有绿色荧光蛋白质的转基因表达,“安迪” 于2000年1 33 0月2日诞生
“安迪”与其妈妈
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五、严重联合免疫缺陷小鼠 SCID 小 鼠 ( severe combined immunodeficient mice)在1983年由 美国学者 Bosma首先发现于 C.B-17近 交系小鼠,是位于第 16 号染色体的称 之为 scid 的单个隐性突变基因所导致。 SCID 小鼠在高度洁净的 SPF 条件下存 活1年左右.
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基因敲除动物的建立 在体外先构建一个打靶载体,这个载体上含有一 段与欲敲除的基因具有高度同源性外源基因,在 外源基因中插入一带有启动子的选择标记基因, 把这个含有修饰后外源基因的载体利用转染的方 法导入ES 细胞中,这样导入细胞中的外源基因就 有机会与染色体上的靶基因发生同源重组,把修 饰的外源基因置换到ES细胞中,通过筛选标记基 因而检出发生同源重组的ES 细胞并在体外扩增, 将此ES细胞注入供体囊胚,再将带有此ES细胞的 囊胚胎移植到假孕鼠的子宫内,发育成一个嵌合 体,经过进一步杂交传代的方法,使外源基因纯 合,即建立成基因敲除动物。
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7、我国1980年代开始转基因动物 研究,成功研制出转基因牛、小 鼠、猪、羊、兔、金鱼。
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二、转基因动物的概念
通过基因工程对DNA进行体外操作,添 加或删除一个特殊的DNA序列,然后导入早期 的胚胎细胞,所产生遗传结构得以修饰的动物, 其改变的性状可以遗传给后代。这些“New Animal”统称为转基因动物。
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基因敲除动物
一、概述 是指对一个结构已知但功能未知的基因, 从分子水平上设计实验,将该基因去除 (knock out),或用其它顺序相近基因 取代,然后从整体观察实验动物,推测 相应基因的功能。
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1987年,Martin Evans,Oliver Smithies 和 Mario Capecch 领导的几个研究小组对胚胎干细胞中特定目 标基因进行失活,培育出了第一只基因敲除小鼠。这 三位科学家因为这项工作在2001获得了Lasker奖。接 下来,科学家们用同样的技术又培育出了几千只基因 敲除小鼠。
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三、性连锁免疫缺陷小鼠
(X-linked immune deficiency mouse XID) 起源于CBA/N品系。B细胞功能缺陷,基因 符号xid,位于X性染色体上。纯合子雌鼠 (xid/xid)和杂合子雄鼠(xid/Y)对非胸 腺依赖性Ⅱ型抗原没有体液免疫反应,是研 究B淋巴细胞的发生、功能与异质性理想动 物。
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一、转基因动物的研究历史
1、1960年代,将外源基因导入鸡的卵 巢和睾丸,得到性状改变的鸡,估 计是转基因鸡。 2、1974年,美国珍尼斯首次用显微注 射法获得体细胞有SV40病毒DNA的小 鼠。 3、1980年,戈登完善了显微注射技术。
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4、1982年,帕尔米特将大鼠生长激素基因 结构区融合在SM(金属巯蛋白基因(MT) 启动子)中,注射到小鼠受精卵雄性原 核内,获得体型似大鼠的转基因小鼠。 5、1985年,英国拉尔夫布林斯特研制出能 生成人类生长激素的转基因猪。 6、1989年,意大利拉维特拉纳运用精子载 体法转移外源性DNA,获得PSV2—CAT转 基因小鼠。
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四、Beige小鼠 为NK细胞活性缺陷的突变系小鼠,bg 是隐性突变基因,位于第13号染色体上。 纯合的小鼠(bg/bg),表型特征与人的齐 -希二氏综合征(Chediak-Higashi syndrome)相似。由于溶酶体功能缺陷, bg对各种病原因子较敏感。在SPF环境中 才能较好地生存。采用纯合子繁殖。
体外表无毛,无胸腺。不能使T细胞正常分 化,细胞免疫力低下。B细胞功能基本正常, 成年裸小鼠(6~8周龄)较普通鼠有较高水平 的NK细胞 活性,但幼鼠(3~4周龄)的NK细 胞活性低下,裸小鼠粒细胞数比普通小鼠低。
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应用: (一)在微生物学方面 感染麻风杆菌裸小鼠的病理组织学特征与人的结 节性麻风非常相似。 (二)在免疫学方面 有人用BALB/c品系的裸小鼠制备单克隆抗体。 (三)在寄生虫学方面 胸腔内接种卡氏肺囊虫,能成功复制出卡氏肺囊 虫疾病模型。 (四)在遗传学方面 裸小鼠因遗传背景的不同,所表现的细胞免疫反应 和实验室检查指标也不同。
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四、转基因动物的进展
美国佛罗里达州立大学戴碧· 法多 尔领导的研究小组培育出一种具 有超凡嗅觉能力的转基因实验鼠。
广空458医院转基因工程研究 室的传肝炎小鼠
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美国密苏里大学通过克隆技术培育了4只 含有水母荧光转基因猪
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日本转基因猪
英国转基因猪
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黄禹锡教授正在为刚刚出 生的转基因克隆猪打针
例如:C57BL/6J-TgN(CD8Ge)23Jwg 是来源于美国杰克逊研究所(J)的C57BL/6品系小 鼠被转入人的CD8基因组(Ge);转基因在 JonW.Gordon(Jwg)实验室完成,获取于一系列显 微注射后得到的序号为23的小鼠。 根据转基因动物命名的原则,如果转基因动物的遗 传背景是由不同的近交系或远交群之间混合而成时, 则该转基因符号应不使用动物品系或种群的名称。 转基因符号可以缩写,即去掉插入片断标示部份, 例如TgN(GPDHIm)1Bir 可缩写为TgN 1 Bir 。 一般在文章中第一次出现时使用全称,以后再出现 时可使用缩写名称。
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第三节 克隆动物
一、克隆动物的概念 cloning animal —— 动物通过体细胞进行的无性生殖(也 称无性繁殖)以及由无性生殖形成的基因 型几乎完全相同的后代个体组成的群体。 世界卫生组织在关于克隆的非正式声 明中定义为: 遗传上同一的机体或细胞系(株)的 无性生殖。
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二、 免疫缺陷动物的分类
从单一的T淋巴细胞免疫缺陷到几种 免疫细胞联合缺陷动物;从自发突变的 先天性免疫缺陷到后天获得性免疫缺陷。
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三 常用免疫缺陷动物的生物学特征
一、裸小鼠 指先天性无胸腺无毛的裸体小鼠(Nude mice)。导致这种异常状态的裸基因(nu)是一个 位于11号染色体上隐性突变基因。纯合裸基因 (nu/nu)小鼠具有典型缺陷特征:
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(二)转基因动物命名 转基因的命名遵循以下原则: 符号:一个转基因符号由以下三部分组成,均以罗 马字体表示: TgX (YYYYYY)# # # # # Zzz, 其中各部分符号表示含意为: TgX = 方式(mode) ( YYYYYY) = 插入片段标示( insert designation ) # # # # # = 实验室指定序号 (laboratoryassigned number)及 Zzz = 实验室注册代号(laboratory code)
三、制备转基因动物的方法
卵 Zygote
受精卵 2-细胞胚 Fertilized zgote 2-cell stage
4-细胞胚 4-cell stage
桑葚胚 Morula
早期囊胚 Blastocyte
精子载体导入法
显微注射法
逆转录病毒法
胚胎干细胞法
显微注射产生转基因小鼠
×
超数排卵母鼠 鼠 受精卵 外源基因已 注入受精卵 雄性原核 向假孕母鼠人 工植入受精卵 假孕母鼠 PCR/Southern-blot RT-PCR/Western-blot/ Immunohistochemistry 公
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图中上侧为转基因鱼
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台湾 北京华大
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中国农业大学、西北农业科技大学等单位成功地培育出体细胞克隆牛
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我国首批转基因克隆牛的再 克隆体在梁山降生,共出生 五头,存活三头,分别取名 为福欢娃、福迎娃和福圣娃
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六、转基因疾病动物模型与基因治疗 动物模型
(一)转基因疾病动物模型: 1、病毒性疾病模型: (1)小儿麻痹病毒受体转基因小鼠 (2)乙型肝炎病毒携带者模型 (3)乙型肝炎表面抗原转基因动物 模型 2、肿瘤转基因动物模型
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(三)胚胎干细胞法 (1)获取胚胎干细胞(ES细胞); (2)将外源基因导入ES细胞; (3)获取囊胚期胚胎; (4)将含有外源基因的ES细胞注入 囊胚期胚胎的腔内; (5)将其移植到假孕动物子宫。
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(四)电脉冲法 利用外界高电压短脉冲使细 胞膜产生可逆性穿孔,外源性 DNA通过此孔可进入细胞。 (五)精子载体导入法 以精子作为外源性DNA的载 体,通过受精作用将外源性DNA 导入受精卵。
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二、裸大鼠
裸大鼠(Nude rat),在1953年由英国 Rowett首先发现,基因符号为rnu。纯合子裸 大鼠(rnu/rnu)具有与裸小鼠基本相似的特征, 能接受人类正常组织和肿瘤的异种移植,体型 大可为常规血液学和血清生物化学分析实验提 供足够的血样,也可为各种研究提供足够的瘤 组织。易于进行外科手术,为各部位保瘤移植 和肿瘤供血研究提供了方便。
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3、遗传病研究: 导入遗传疾病外源基因,制作遗 传疾病转基因动物模型;导入正常基 因,弥补基因缺陷所致遗传疾病。 4、免疫学研究: 用转基因HBsAG小鼠模型研究免疫 耐受性的问题。
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(三)改良和培育动物新品种: 使用重组DNA的转基因技术,培育 出生长快、产肉、产毛、产奶更多而耗 料极少的转基因家畜。 (四)研制和生产生物活性物质: 将具有医学价值的生物活性物质 (如组织型纤溶蛋白元激活因子,tPA) 导入家畜或家禽的受精卵,从转基因 动物的体液如乳汁、血液、尿液、腹 水中收获基因产物。
五、转基因动物的应用: (一)生命现象的基础理论研究: 1、发育生物学研究: 通过了解基因的表达、关闭和调 控,了解调控顺序。 2、遗传学研究 观察导入的突变基因的表达,了 解基因结构与功能的关系,还可用于 基因组印迹分析、遗传缺陷的矫正等.
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(二)医学研究: 1、心血管疾病研究: 将转脂蛋白和转纤维蛋白溶酶 原等作为外源DNA转入动物体内, 建立心血管疾病转基因动物模型。 2、肿瘤学研究: 肿瘤基因—— 肿瘤转基因动物模型。
×
结扎输精管的公鼠 母 鼠
怀孕母鼠
可能带有外源基因片段的小鼠
显微操作步骤
取卵
安乐死
注 射
移 植
麻醉 拉针器 锻针器
体视镜
体视镜 释放卵
显微注射
把卵吹入 输卵管
酶处理
(持卵针)
(穿刺针)
体视显微镜
倒置显微镜
显微操作系统
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Leabharlann Baidu
(二)反转录病毒感染法 将外源基因DNA插入逆转录病 毒载体;通过辅助细胞包装成病毒 颗粒,感染胚胎;再将感染的桑 椹期胚胎导入子宫。
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