科研成功的背後，還有這些可愛的「貴族功臣」們

本文轉自北京科技報

實驗動物絕對是動物中的「貴族」，他們不僅生活環境要經過一套設備和程序的消毒和滅菌，隔離外部環境，而且血統純正；

每一組實驗動物所處的每個房間都有獨立的送風口和排風口，喝的水是經過多級凈化過濾的無菌水，吃的是實驗動物營養專家精心研究配製的食物。房間的溫度常年控制在20—26℃之間，一天之內的溫差不能大於4℃；

在做實驗使用實驗動物的時候，科研人員要遵守「3R」原則——替代(replacement)、減少(reduction)和優化(refinement)，合理設計動物實驗方案，使用少量的動物獲取儘可能多的數據，在能滿足實驗的前提下，選擇低等動物替代高等動物；

採訪專家>>

胡建武 （北京實驗動物研究中心科辦主任）

說起實驗動物，大家首先想到的是小白鼠，它們是生命科學進步的「功臣」。這是因為我們人類在探索生命的奧秘，攻克癌症的堡壘，研究各種疾病與衰老的機理，檢測藥品的安全性的研究過程中都不可能以人為實驗對象。

由於動物和人類的相似度較高，我們經常會用動物來作為實驗對象。作為實驗動物，它們為我們人類的生命健康和科學研究做出了巨大的犧牲。

但是，你了解它們日常的生活是什麼樣子的？它們是命中注定就是實驗動物的嗎？北京科技報「科學加」客戶端記者走進我國最早建立的實驗動物中心之一——北京實驗動物研究中心，來探秘小白鼠的日常生活。

要成為實驗動物，血統必須純正

北京實驗動物研究中心位於北京北五環外，實驗動物「小白鼠」居住的地方位於一個很不起眼的實驗樓里。

實驗樓入口處大門與家庭的門差不多大，唯一不同的是，在門內安裝有高高的金屬門檻和消毒盤，如果是個個子不高的女生，門檻會達到膝蓋處。經過詢問工作人員，記者得知，作用是專門為了防止小鼠「外逃」或野鼠進入。

進入實驗樓，是一間間安置儀器的實驗室，並不見小鼠。有一扇與實驗室的門一樣的門，上貼著一張A4紙，上面寫著「未消毒禁止入內」，在這扇門的背後，還有幾道屏蔽門，裡面生活著成千上萬隻實驗小鼠，裡面設有24小時「屏障系統中央監控室」，時刻有工作人員監控實驗動物的生活環境，以保證它們在恆溫、恆濕、高度清潔的環境中生活，隨時做好為科研獻身的準備。

實驗動物中心工作人員在檢查設備

「如果從衛生標準和飼養成本的角度來說，實驗動物絕對是動物中的貴族，他們不僅生活環境要經過一套設備和程序的消毒和滅菌，隔離外部環境，而且自身血統要純正。」 北京實驗動物研究中心科辦主任胡建武說。

中國實驗動物從上個世紀八十年代開始受到國家重視並獲得發展，比西方發達國家起步晚了幾十年。所以，我國獲得實驗動物的方式主要有兩種：一種是直接從國外引進，一種是國內從野外獲取種源自行培養，而這個培養的過程要經曆數十年之久的時間。

「比如小鼠、大鼠，國內沒有的品種或者在國外培育已經非常成熟的品種就可以直接進口，目前我們國家也在培養自己特有的品種，比如東方田鼠、樹鼩、中國地鼠、等等，要經過技術干預，按照不同的遺傳方式培養實驗動物，這個過程要經歷十幾代繁育甚至幾十代繁育的過程。」胡建武主任說。

根據遺傳學控制標準，實驗動物被分為近交系、封閉群和雜交群，它們各自遵守嚴格的「生育制度」。

近交系也就是近親繁育的動物，這類實驗動物必須經過至少連續20代的全同胞兄妹交配培育而成，這樣每個個體有98.6%以上的遺傳位點是純合的，並且，品系內所有個體都可追溯到起源於20代或以上代數的同一祖先。近交系實驗動物不僅基因純合率高，而且能固定優良性狀，減小遺傳差異，特徵穩定，對外界因素變化更敏感，有利於科研人員在進行研究時減小誤差。

與之相反，封閉群必須遠交，這樣可以避免「近交衰退」的情況，具有繁殖率高、疾病抵抗力強的特點，但是封閉群動物不適用做對照實驗，因為它們之間的個體差異較大。

兩個近交品系動物之間進行有計劃交配所獲得的第一代動物，被稱為雜交群動物，它們可以克服近交系的缺點，對長期實驗的耐受性好，而且由於環境因素引起變異的可能性也比純系要小。

實驗動物居住的環境比「五星級賓館」還要舒適

實驗動物就是養在實驗室了，在需要的時候就拿出來用嗎？當然不是。

在實驗動物中心設有24小時「屏障系統中央監控室」，時刻有工作人員監控實驗動物的生活環境，在這個封閉的空間里，不同等級的實驗動物根據《實驗動物環境及設施》國家標準有不同的潔凈度要求。

對環境要求最低的是普通環境，適用於飼養普通級動物，需要控制人員和物品、動物出入，不能完全控制傳染因子。對於普通級動物來說，它們甚至不能登上科學家的實驗室，只能做生物醫學中的教學所用的示教生物。

比普通環境要求更高的環境是屏障環境，適用於養清潔級動物和無特定病原體(SPF級)動物。清潔級動物就可以參與到科學實驗中了，它們排除了人獸共患病和烈性傳染病病原以及其他禁止攜帶的傳染病病原，近些年在我國得到了較廣泛的應用，可適用於大多數科研實驗中。

小鼠住的籠盒

而SPF動物則又高了一個級別，指體內無特定病原體和寄生蟲存在的動物。它們的來源有兩種，這就要用到人為的繁殖技術了：一種是比它們潔凈程度更高的無菌動物繁育的後代，另一種是通過「剖宮產」凈化或胚胎移植技術，取出胎兒後將子代動物飼養在隔離屏障設施環境中，由SPF級母親代育。

級別最高的是隔離環境，要採用無菌隔離裝置以保持無菌狀態或無外源污染物，隔離裝置內的空氣、飼料、水、墊料和設備都要無菌，動物和物料的動態傳遞需要經過特殊的傳遞系統。這種環境用來飼育SPF以上的無菌實驗動物。

「動物志願者」正在撫養自己的孩子，它們將一代代為醫學試驗獻出自己的生命。

圖源：新疆都市報

胡建武主任說，實驗動物居住的環境比「五星級賓館」還要舒適。每一組實驗動物所處的「房間」都有獨立的送風口和排風口，喝的水是經過多級凈化過濾的無菌水，吃的是實驗動物營養專家精心研究配置的食物。嚙齒類實驗動物房間的溫度常年控制在20—26℃之間，一天之內的溫差不能大於4℃。

除了這些，還有更多其他標準，比如光照、換氣次數與空氣流動速度、雜訊等等，因為，實驗動物正常飲食、繁育等生活習性會因微小的環境變化而變化，從而導致科學實驗數據的不確定性。

有趣的是，在4月《免疫學趨勢》期刊上，美國達拉斯得克薩斯大學西南醫學中心的兩位研究人員陶麗麗和蒂法尼·里斯發表文章表示，有時人的一些疾病，比如哮喘、濕疹、過敏等是因為居住環境太乾淨，導致免疫系統出現問題。但是，乾淨的居家環境跟小白鼠的隔離間比起來就是小巫見大巫了，所以，或許實驗室的無菌環境可能也意味著老鼠過於「乾淨」，而不能模擬普通環境下人類對疾病的反應。

比如，野生老鼠常會受到巨細胞病毒的感染，現在不再讓實驗鼠受到這種感染，這損害了實驗鼠對其他大量病原體、細菌及病毒的免疫反應。而那些感染了巨細胞病毒老鼠即便服用本可致命的李斯特菌（一種土壤和食物生出的細菌）和鼠疫桿菌（一種可引起瘟疫的細菌），也能大難不死。或許在未來，一些疾病研究必須要使用「不幹凈」的實驗鼠來完成。

BALB/c小鼠，常規實驗都可以使用，一隻30多元

不同的實驗用到的實驗鼠不僅級別不同，最重要的是生理條件不同，有的時候為了模擬人類疾病，科學家要讓小鼠特地患上某種疾病，或者敲除某個相關基因來獲得該疾病，來滿足實驗需求。

據悉，普通的實驗小鼠大約二三十元一隻，但是，如果要買一隻轉基因小鼠，幾萬至十幾萬元不等，一些經歷過基因敲除的小鼠價格甚至高達幾十萬元一隻。

實驗動物很多福利享受

實驗動物有屬於自己的動物福利，並不能想做實驗就把它們抓過來就能隨便用。實驗動物福利其實是在整個生命過程中對實驗動物實施保護的具體體現，讓他們享受不受饑渴的自由，生活舒適的自由，不受痛苦傷害和疾病威脅，而且要享受到無恐懼和悲傷感的生活。不過，這並不意味著實驗動物不受任何傷害，而是在兼顧科學問題探索和在可能的基礎上最大限度的滿足實驗動物維持生命、維持健康和提高舒適程度。

在做實驗使用實驗動物的時候，科研人員要遵守「3R」原則——替代(replacement)、減少(reduction)和優化(refinement)，合理設計動物實驗方案，使用少量的動物獲取儘可能多的數據，在能滿足實驗的前提下，選擇低等動物替代高等動物。

替代，就是選用其他方法而不用動物進行實驗，或者使用沒有知覺的實驗材料代替有感知的動物，如果一定要用動物進行實驗，就盡量用低等動物替代教高等的動物。其實，有些實驗用體外方法也能獲得與動物實驗一致的結果。

減少就是使用較少量的動物獲取同樣多的實驗數據，或者用一定數量的動物能獲得更多實驗數據的科學方法，要達到這一目的，在實驗前必須充分調研，並在調研基礎上進行科學合理的設計才行。

優化是指在符合科學原則和實驗目標的基礎上，通過精鍊動物實驗設計方案、完善實驗程序、改進實驗技術，以減少動物使用數量和避免或減輕動物的傷害的實驗方法。

科研人員在實驗的過程中，可以通過觀察動物的面部表情評估它的疼痛感，美國Nature Methods 曾經發布一篇關於小白鼠的文章，文中提到研究人員製作了一張小白鼠表情一覽表(mouse grimace scale)，列出了小白鼠受到不同程度疼痛時面部的一些變化，以方便科研人員更好地掌握小鼠的生理感覺。而且，為了減少實驗動物因死亡是疼痛而造成的折磨，對於部分實驗動物，科研人員可以採用安樂死術。

實驗動物的確為人類的科學進步做出了卓越貢獻，不過，研究人員也非常重視實驗動物的生命，在一項實驗進行之前，必須要通過倫理委員會的審查，如果動物實驗通過審查才能進行。所以，實驗動物是不會無辜被實驗的。

好消息是，作為幹細胞技術的重大成果，各種類器官和器官晶元開始嶄露頭角。現在，它們不再甘於「宅」在實驗室，並首次獲得美國食品和藥物管理局（FDA）的官方青睞，即將成為那些為藥物研發前赴後繼獻出生命的實驗動物們的救星。

類器官是用幹細胞培育而成的微型器官，目前已有胃腸道、腦、肝臟、胰臟、視網膜、腎臟等各種類器官問世。器官晶元比類器官更小，是含有人體活細胞的生物晶元。FDA宣布，將在實驗中對器官晶元和動物模型獲得的實驗數據進行比較，以驗證用器官晶元模型取代動物模型進行新葯研發的可行性。

北京實驗動物中心大興區實驗動物中心即將建成

TIPS：實驗動物種類

大鼠

鼠性哺乳綱，嚙齒目，鼠科，大鼠屬動物；

性情較兇猛、抗病力強；門齒較長，激怒、襲擊抓捕時易咬手；

對外環境適應性強，成年鼠很少患病，繁殖快；

大鼠2月齡時性成熟，性周期4天左右，妊娠期20（19～22）天，哺乳期21天，每胎產仔平均8隻。

小鼠

小鼠屬於哺乳綱，嚙齒目，廣泛分布於世界各地，經長期人工飼養選擇培育，已育成1000多近交系和獨立遠交群；

早在17世紀就有人用小鼠做實驗，現已成為使用量最大、研究最詳盡的哺乳類實驗動物；

在哺乳類實驗動物中，由於小鼠體小，飼養管理方便，易於控制，生產繁殖快，研究最深，有明確的質量控制標準，已擁有大量的近交系、突變系和封閉群，因此在各種實驗研究中，用量最大，用途最多。

地鼠

地鼠在世界上共有4屬66個變種或亞屬，培育的近交品系有38個；

目前，地鼠在醫學研究中常用的有金黃地鼠、中國地鼠和歐洲黑腹地鼠；

地鼠在腫瘤研究領域是當前生物醫學研究中使用較多的實驗動物。

豚鼠

近交品系豚鼠目前世界上有12個，由於豚鼠妊娠期較長為68（62～72）天，一胎生得少，一般2～3隻；

培育一個近交品系需要20～30年，故近交品系較少，用於醫學科研的近交品系純系2號和純系13號。

免疫缺陷鼠

免疫缺陷鼠包括缺乏Ｂ淋巴細胞、Ｔ和Ｂ兩種淋巴細胞聯合免疫缺陷的鼠；

裸鼠是免疫缺陷鼠的一種，由於本身缺乏胸腺，即不能產生Ｔ淋巴細胞

疾病模型鼠

疾病模型鼠主要用於實驗生理學、實驗病理學和實驗治療學（包括新葯篩選）研究；

疾病模型鼠的使用，有助於更準確地觀察模型的實驗結果並與人類疾病進行比較研究，更有效地認識人類疾病的發生髮展規律。

兔

針對不同的實驗項目，對於實驗兔的品種有不同的選擇標準；

國際上實驗兔品種多達數十種，我國目前常用的品種主要有4個（封閉群）。

比格犬

比格犬是最常用的實驗用犬，已成為目前實驗研究型別中最標準的動物，此種犬多用於長期的慢性實驗；

現已被廣泛用於生物化學、微生物學、病理學、病毒學、藥理學及腫瘤學等基礎醫學的研究工作中，而農藥的各種安全性試驗；

特別是製藥工業中的各種實驗，使用該犬最多。

小型豬

小型豬是生物醫學研究中應用最為廣泛的非嚙齒類大型實驗動物之一；

豬在心血管系統的解剖、生理和對致動脈粥樣硬化食物的反應方面與人類高度一致, 使其成為動脈粥樣硬化、心肌梗死和一般心血管系統研究的通用標準模型。

樹鼩

樹鼩介於食蟲目和靈長之間的代表，可作為食蟲目演化為靈長目的代表加以研究；

同時，樹鼩在生態學、形態學、神經生理學、寄生蟲學、齒學及生理代謝關係等方面也進行過各種研究。

猴

獼猴在形態學、生殖生理特性和生化代謝方面與人類非常相似，個體大小適中，適應性強並易於飼養，而且在遺傳物質上也與人類有98%左右的同源性

果蠅

在遺傳學中，著名的孟德爾定律被「遺傳學之父」托馬斯·摩爾根（Thomas Morgan）通過果蠅證實的，即分離規律和獨立分配規律。分離規律指的是成對的基因在雜種細胞中能夠彼此互不干擾，獨立分離，通過基因重組在子代繼續表現各自的作用。獨立分配規律則揭示了不同基因的獨立分配是自然界生物發生變異的重要來源之一。摩爾根還發現了果蠅白眼突變的性連鎖遺傳，提出了基因在染色體上直線排列以及連鎖交換定律，在1933年獲得諾貝爾生理學或醫學獎。

斑馬魚

斑馬魚體長4厘米左右，生長在印度阿薩姆到喀拉拉一帶河流中，「麻雀雖小五臟俱全」，雖然斑馬魚全身透明，但是它跟人一樣擁有血、眼鏡、心臟、腎臟，這讓斑馬魚成為人類疾病研究的非常重要的模式生物。斑馬魚的基因組中包含1.7×109DNA鹼基對，約是人類基因組的一半。對比人類基因組發現，大約70%的人類基因都至少有一個明顯的斑馬魚同源基因，即70%的人類基因都可以在斑馬魚基因組中找到一個基因和自己同源。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！