实验动物资源开发、保存和共享利用

徐 平

（中国科学院上海生命科学研究院，上海 201615）

实验动物科学作为在现代科学带动下崛起的一门以生物学为主体，以医学、生物学为核心的综合性新兴学科，正以异乎寻常的发展速度影响着整个生命科学的各个领域。实验动物资源是生命科学研究的重要支撑条件，是一种完整的生物型研究工具和试验对象，作为相似度高、可控性强、使用经济、操作简便的有生命模型，实验动物广泛运用于探索生命奥秘、研究疾病机制及防治等生命科学各领域，成为继试剂、仪器和信息之后，生命科学研究不可替代的第4大必备条件，已受到世界各国政府和科学家的重视，甚至作为衡量一个国家生命科学水平高低的标志之一。因此，实验动物资源的合理开发、安全保存和共享利用对于促进我国基础生命科学的发展和生物医药的研发具有重要的支撑和保障作用，继而推动我国社会经济的发展和科技进步。

1 实验动物资源的开发

1.1 实验动物新资源的开发技术

依据现有的技术，实验动物新资源的开发途径主要包括基因自发突变动物的培育、基因改变动物的制作、人工诱导模型的培育和野生动物的实验动物化研究等4个方面。

1.1.1 基因自发突变动物的培育：即从原有的实验动物品种或品系中再开发。主要包括两种，一种是从大规模的繁育群体中发现行为异常，或肢体、器官等有突变表征，或者出现某些疾病症状、过敏性反应、免疫性状改变、毛色异常、血液生理生化数据大幅度改变等特征，通过对这些特异性性状的传代再现，突变基因的位点确认，最后通过近交或杂交

或回交等方式将突变基因固定，培育成新的动物模型。第二种是近交系品系内杂交或互交的方式定向培育新的品系，如重组近交系、同类系、杂交一代等。

1.1.2 基因改变动物的制作：即利用基因操作技术培育新的实验动物资源，包括转基因、基因捕获、基因打靶，基因置换等技术制作成基因改变的动物。这些基因改变动物已被广泛应用于生命科学研究、生物医药的开发和新的诊断或治疗手段的建立等领域。另一个途径就是利用基因调控原理进行嵌合体和单亲纯合双倍体动物的研究。嵌合体动物也称异型动物或四亲动物，这种动物可用于细胞谱系、实验胚胎学、发生遗传学以及免疫学等研究领域。第三个途径就是单亲纯合双倍体动物育成技术，该技术又称为雌核发育技术，可大大加快新品种的培育。

1.1.3 人工诱导动物模型的培育：包括利用物理、化学、辐射、生物感染等技术制作的动物模型。根据实验目的的不同，人为地造成动物组织、器官或全身损伤，出现某些类似人类疾病的症状。这些人工诱导的模型，有的可以遗传，如采用ENU诱导某个或某几个基因突变，通过繁育技术将这些突变模型世世代代保存下来。有的是不能遗传的，如手术模型、营养诱导模型、感染模型等。

1.1.4 野生动物的实验动物化：野生动物或经济动物经过初期的表型分析和筛选，对具有科学实验价值的动物，经过严格的驯养、微生物净化、遗传及饲养环境等因素的控制，按实验要求进行培育，使之达到实验动物的标准。我们把这种将野生动物或家畜驯化、培育成实验动物的过程，叫做实验动物化。

1.2 实验动物资源开发的现状

1.2.1 国际实验动物资源开发现状

自1909年C.C.Little采用近亲繁殖培育成世界上第一个近交系DBA小鼠以来，目前，通过传统的遗传育种方式至少已培育了2600余种常用的实验动物品系资源，其中近交系动物超过800种，重组近交系45种，重组近交系的培育成功是哺乳类动物遗传学中的一个重要进展，并已广泛用于新的多态型基因位点和新的组织相溶性位点的鉴定和多态型位点的多效性以及其连锁关系的研究。另外还有同源近交系520余种，远交系动物370多种，自发基因突变系500多种，杂交一代（F1）近百种，以及其他的品系（如随机近交系、部分近交系、诱导突变系）数百种等。在常用的近交系动物中，近交系小鼠品系至少500余个，近交系大鼠250余个，近交系地鼠45个，近交系豚鼠15个，近交系家兔34个，近交系鸡40个。

自1980年美国科学院院报（PNAS，USA）报导了Dr.Gozdon等人第一个生产转基因小鼠以来，基因工程技术的应用如雨后春笋般发展起来，人们称之为是一场在实验动物上的“遗传革命”。1993年全世界就有1000多家实验室生产了转基因小鼠，到2000年，全世界已有2500多家实验室完成不同转基因小鼠的研制、生产和使用。

2002年，由多国合作的人类基因组DNA测序顺利完成，生命科学的研究热点已快速转入了功能基因组研究。2003年，实验小鼠基因组DNA测序完成，在小鼠3万多个基因中，已被证实有90％左右的基因与人类高度相似，更加快了世界各国开发实验动物新资源的步伐。小鼠遗传学在研究哺乳类动物尤其是人类基因组功能方面扮演着极其重要的角色。通过基因工程（如转基因、基因剔除和基因插入等）手段使原有的小鼠品系发生变异，以此来揭示人类基因组的功能。为了加快突变小鼠模型的开发，2004年11月和2005年3月，全球主要的小鼠资源单位分别在美国Jackson实验室和罗马召开了代表大会，与会的代表一致同意建立国际小鼠资源联盟（FIMRe），以加强国际间的合作、交流与资源的共享利用。其目标是：为人类健康和疾病的遗传解析，制作、生产、保存和提供相应的小鼠模型资源。在此框架下，于2006年又成立了国际基因敲除小鼠联盟（IKMC），其中，欧洲条件性基因突变计划（EUCOMM）完成2.5万小鼠基因的敲除，第一期计划耗资1600万美元，采用“基因捕获”和“基因打靶”两种不同的技术，制造出“条件性基因突变小鼠”，使得科学家能在活体中研究基因的功能，同时制作的突变小鼠能更加精确地模拟人类疾病；由美国NIH资助的基因敲除小鼠计划（KOMP）其目标是期望能够敲除掉小鼠基因组中三分之一以上的基因，初期计划是投入5000万美元，创建突变细胞系和突变小鼠，完成5000个基因敲除小鼠用于功能研究，3500基因突变小鼠用于药物筛选；北美条件性基因突变小鼠计划（NorCOMM）则建立了从突变小鼠研发到基因功能分析，再到表型分析，最后进行疾病研究的完整的小鼠模型开发体系。另外，德克萨斯的A＆M基因研究所则提供小鼠和人类基因的信息，并进行比较研究。

亚洲各国，由日本、中国、韩国、中国台湾、菲律宾、新加坡等国于2006年发起成立亚洲突变小鼠资源联盟（AMMRe），其目标是合作开展突变小鼠资源的开发、表型分析和供应，以及建立质量标准和人才培训。

国际实验动物资源开发研究的另一个动向是各种病理模型动物的培育。现已培育成功的突变系已超过500多个，包括代谢性疾病、心脑血管疾病、早衰老、眼疾、肢体残缺、免疫缺陷等，在美国NIH就保存的不同背景的无胸腺裸鼠（大鼠和小鼠）就有20多种。由于自发性基因突变品系具有更好的模拟人类疾病的特性，日本专门成立了“疑难杂症”疾病模型研究组织。经全国性调查和分析，有40多种“疑难杂症”被列入重点研究对象，并针对性地成立了专门的疾病模型研究小组。经过几十年的培育，已有数十种著名的疾病模型被全世界科学家使用，如中度肥胖中度高血糖的Ⅱ型糖尿病模型GK大鼠，非肥胖型II糖尿病模型KK小鼠，早衰老模型SAM小鼠、高血压SHR大鼠模型、脑卒中SHR/sp大鼠模型等。在病理模型品系开发中，以小鼠为例，已发现的突变基因位点有893个，已育成与人类疾病类似的病理模型400多种。美国宾州大学兽医学院已筛选出加拿大纽芬兰犬，能够发生与人类先天性心脏病几乎一样的心脏病，并采用病理组织学，细胞遗传学和分子生物学方法进行基因定位研究。为了清楚地知道基因突变的奥妙，他们正在探索直接测定DNA的技术。同时，这个大学的代谢研究室还采用生物化学方法筛选出具有先天性碳水化合物失调的猫，以及氨基酸代谢机能失调的家犬，这些模型与许多儿童的代谢性疾病相似。除此以外，NIH正在为老年多发病培育具有多特性、多效性的动物模型。已培育成功的有：既无胸腺、又无脾脏的动物模型；既有高血压和糖尿病又肥胖症的动物模型；无B细胞功能的动物模型；无K细胞功能的动物模型；无巨噬细胞功能的动物模型等。

自然资源的开发利用是实验动物学科发展得天独厚的优势，野生动物、水生动物等的实验动物化研究一直伴随着实验动物学科的发展，并为实验动物种类提供了丰富的来源和基因资源。由于动物保护运动的兴起，非人灵长类、宠物等高等动物的使用受到限制，而被啮齿类动物（小鼠、大鼠、地鼠、沙鼠等）、乌贼、斑马鱼等水生动物及猪、羊、鸡等食用动物所代替。日本经过几十年对野生小鼠的开发，目前已培育成40多个近交系小鼠品系和远交群小鼠品系，这些野生小鼠来自于不同国家和地区，包含了丰富的、在现有小鼠品系中已经丢失了的小鼠基因，对于小鼠基因功能的研究和突变品系的开发有着积极地推动作用。

1.2.2 国内实验动物资源开发现状

我国在实验动物新资源开发方面虽然起步较晚，但已取得了一定的成就。在实验动物资源再开发方面，采用人工驯化和饲养繁育技术，早在上世纪中后期就培育成功了低癌系津白I号（TA1，天津医大、1955）、高癌系津白II号（TA2，天津医大李漪，1963）和白血病试验小鼠615（中国医科院血液所，1961）等有重要价值的近交系小鼠，并得到国际近交系小鼠命名委员会的承认。此后，各繁育单位又相继利用远交群KM小鼠培育了多个近交系小鼠品系，如C-1（中国医科院，1955）、AMMS/1（军科院、1974）、NCPC/4（河北医学院，1992）、SSB（上海生物制品研究所，1991）、SMMC/C（上海第二军医大学，1985）等，和一些具有重大应用价值和拥有自主知识产权的实验动物新品种，包括：用于免疫学研究的615/PBI-Beige小鼠（中检所）；用于出血热疫苗研制和生产的长爪沙鼠（浙江医科院）；用于II型糖尿病研究的中国地鼠近交系SYBI（山西医大）；用于皮肤病研究或皮肤过敏试验的豫医无毛小鼠（河南医大）、BALB/C无毛小鼠（北京医大）；用于抗辐射、免疫学和肿瘤学研究的IRM-2近交系小鼠（中国医科院放射所）；用于抗辐射、化学致癌和血液病研究的TR1津医大鼠近交系（林炳水，1992）；用于白内障研究的SLAC/cat小鼠（中科院实验动物中心）等。这些新开发的资源已在生命科学研究和生物医药研发中起到应用。

在基因改变动物开发方面，自上世纪八十年代后期起我国科学家开始从事基因工程动物的研究工作，并在九十年代先后开发了一批有价值的转基因小鼠，如人突变载脂蛋白转基因小鼠高脂血症模型、四环素调控的HCV嵌合体小鼠、hCG-PMLRARα、hCG-PLZF-RARα和hCG-NPN-RARα人白血病转基因小鼠等。1998年上海医学遗传研究所获得5只转基因山羊，其中一只奶山羊的乳汁中含有堪称血友病人救星的药物蛋白—有活性的人凝血因子Ⅸ，这是由中国工程院院士曾溢涛教授为首的科学家们经过艰辛探索获得的重大成果。在基因大规模突变方面，2005年复旦大学的许田教授和吴晓晖教授领导的研究小组，用PB转座因子高效插入小鼠基因组，建立了小鼠体内直接突变基因技术，为大规模研究哺乳动物基因功能提供了解决方案。在基因功能研究和疾病模型开发方面，为了抢占基因改变小鼠研发在国际上的地位，科技部于2006立项通过科技支撑计划设立了中国条件性突变小鼠计划（ChCOMM），通过四年的联合攻关，目前已完成超过150个基因敲除小鼠的研发工作，并建立从基因发现到基因突变小鼠研发再到保存和共享利用的疾病小鼠模型研究体系。目前，我国已形成了南京的国家遗传工程小鼠资源库、上海的南方模式生物研究中心两个从事转基因小鼠、基因剔除小鼠和模式动物技术研发、服务的专业机构。同时，形成了具有特色的突变小鼠研发单位，如北京大学的胚胎干细胞研究，军事医学科学院的LoxP和Cre工具鼠，复旦的发育生物研究所的BP转座子定位突变基因技术，以及中科院上海生科院在免疫性疾病、代谢性疾病、传染病模型方面的研发等。至今，全国已建立了近千种基因突变小鼠。

野生动物实验动物化的研究也取得了可喜的进展。我国陆栖脊椎动物有2000多种，约占世界种属的10％，两栖类196种，爬行类315种，鸟种1187种，哺乳种414种。其中有些种属具有很高的开发价值。例如，很早就被引入欧美的拉萨犬，早已成为世界瞩目的动物资料。我国在本世纪初就把一些野生动物成功的育为生命科学研究的模型动物，有的已被国内外科学家公认为实验用动物，已在国际上广泛应用。如用于HCV发病机制研究的树鼩（中国医科院生物所、中科院云南动物所），对日本血吸虫具有独特抗性、并用于抗日本血吸虫机制研究的东方田鼠（湖南医大、上海实验动物研究中心），对一些重大疫病（如鼠疫、包虫病和黑热病等）研究具有其他动物不可替代作用的灰仓鼠（新疆CDC），以及用于新现传染病（emerging infectious diseases，EIDs）流行规律、传播途径、发病机制等研究的布氏田鼠、高原鼠兔、大仓鼠等野生动物（新疆CDC、中科院动物所）等。经过20多年的研究，已在沙鼠、树鼩、东方田鼠、灰仓鼠、小型猪、KM小鼠、高原鼠兔、布氏田鼠、小家鼠等的实验动物化或标准化研究上取得了重要进展，预计在十二·五期间，将有一批特有资源被开发成实验动物。

作为一个重要的实验材料，小型猪是我国的特色资源，我国自20世纪80年代开始对小型猪资源进行调查和实验动物化研究。不仅利用资源优势培育出西双版纳小耳猪近交系、五指山小型猪近交系、广西巴马小型猪、贵州小型猪等独特的小型猪品种，而且在小型猪实验动物化研究方面也奠定了较好的基础。

2 实验动物资源的保存和共享利用

基因突变动物的产生，为生命科学研究和生物医药的研发开创了新纪元。小鼠遗传学在研究哺乳类动物尤其是人类基因组功能方面扮演着极其重要的角色。通过基因工程（如转基因、基因剔除和基因插入等）手段使原有的小鼠品系发生变异，以此来揭示人类基因组的功能。许多事实已经证明了这些小鼠遗传资源的潜在价值。首先，尽管小鼠的突变系目前已有10000多种，而且还在不断增加，但实际上这些小鼠模型在哺乳类基因的总量中占不到10％的比例。因此，目前欧美日等一些发达国家正在进行一个“基因突变计划”，将以每年开发200个品系的速度制作新的小鼠模型，以此来不断填补这个缺口。其次，通过不断改进和提高处理小鼠基因组的技术和方法，已产生了相当数量的转基因小鼠、KO（knock-out：基因剔除）小鼠和KI（knockin：基因导入）小鼠品系，所有这些品系都需要以某种方式加以保存，以使它们在将来的研究中仍可以被应用。如果采用连续繁殖的方式，不仅耗费巨大的财力、人力和空间，而且还有受到繁殖失败、死亡、疾病、火灾及基因丢失或飘变等的威胁。第三，开发新的突变系来进行各种研究，如遗传学试验中为得到其基因组图需要进行大规模的回交；同时一些新开发的转基因小鼠或基因剔除小鼠需要被扩群和被培育成纯合子群体等，对所需要的动物设施都将带来巨大的压力。大多数实验室除开展一些基础性研究工作外，都不可能以常规方式来保存这些小鼠模型，因此需要有一种安全可靠的方法来代替，以防止突变资源的流失和重复性工作。为此，1992年在美国的冷泉港召开了“小鼠分子遗传大会”，与会的科学家一致认为：保护、保存新的重要的高科技遗传资源，防止流失，避免不必要的重复性工作是当务之急。于是以来自美国Jackson实验室的学者为首的科学家提议建立“国际小鼠品系资源（IMSR），并受到赞同。IMSR自组建以来，至今已接受了13600余种不同的诱发突变小鼠品系（包括转基因小鼠、及化学诱变小鼠），并且正以每年增加数百种的速度发展。目前全世界实验小鼠资源的80％以上均保持在Jackson实验室。这些小鼠品系可利用于不同类型的癌症、心血管疾病、神经行为疾病、免疫系统疾病、发育代谢疾病、衰老性疾病等方面的研究及新药筛选上。目前已有60个国家，近12000个实验室使用该所提供的小鼠。这一世界上最大的变变小鼠资源库正在生物学研究上发挥巨大作用。

继在美国Jackson实验室建立IMSR后，世界各国都十分关注此问题。欧盟五国在意大利建立了EMMA，计划每年以150个的速度开发遗传工程小鼠品系，并建立了小鼠品系活体资源库和冷冻胚胎库。北美在加拿大多伦多的儿童医院联合设立了NorCOMM计划，其目标是建立一个可保存10000个品系以上的遗传性突变小鼠品系的资源库并开展表型研究。在日本，成立于1998年的日本熊本大学动物资源开发研究中心（CARD）是日本国家动物资源开发中心之一。由文部省投资40亿日元于2000年5月建成设施条件非常现代化的动物资源开发研究中心大楼。其职能包括：①基因突变动物的制作、开发、保存、供应以及数据库的建立；②实验动物的饲养管理；③实验动物繁殖技术、感染预防的开发研究；④向国内外研究机构供应基因突变小鼠；⑤胚胎操作、冷冻保存、饲养管理等的教育培训；⑥有关动物实验的教育、启蒙以及信息资料的提供等。目前该中心已保存了2100多种遗传工程小鼠模型。此外，建立于2000年的日本理化研究所生物资源中心（BRC）是日本政府投资的另一个实验小鼠资源中心，至2008年底，该中心已保存了近3400多种小鼠资源。

我国在实验动物资源开发和共享利用方面起步较晚，但进步较快。经过十·五和十一·五两个5年计划的建设，我国家实验动物遗传资源体系的总体框架已经形成。1998年开始至今，国家利用不同的投资渠道，分别建成了国家啮齿类实验动物种子中心、国家遗传工程小鼠资源库、国家兔类实验动物种子中心、国家禽类实验动物种子中心、国家犬类实验动物种子中心、国家非人灵长类实验动物种子中心苏州分中心、国家实验动物信息库，并立项开展了实验用小型猪、实验猕猴、特色动物等的实验动物化研究和资源基地的搭建工作。集中开展实验动物种质资源的开发、收集、整合、保存，并开展标准化研究，以尽早实现国际标准化实验动物资源的共享和利用，并保证了实验动物资源的遗传质量和实验动物种质资源的战略贮备。到2010年底，各国家级种子中心共保存了小鼠、大鼠、豚鼠、地鼠、兔、犬、猴、鸡、鸭等10多个品种共计800多个品系的实验动物资源，占国内总资源量的近80％，每年向全国供应200多万只实验动物；累计向全国各实验动物繁育单位提供了20多万只的标准化种用实验动物（啮齿类、犬、兔、猴）、SPF鸡种蛋100余万枚；国家遗传工程小鼠资源库已为20多个省市两百多个实验室开展转基因小鼠和基因剔除小鼠的制作工作，并已向全国相关研究机构供应了10多万只的遗传工程小鼠。实验材料的丰富度得到了极大的提高，资源的共享利用极大地推动了我国生命科学研究的发展。

随着低温生物学技术的不断发展，超低温冷冻动物的生殖细胞、生殖器官等优越性在资源突飞猛进的今天已越来越被世界各国的科学家所重视。由于低温保存具有：①不需要对动物进行饲育管理；②减轻动物在饲育空间上的压力；③维持经费大幅度减少（胚胎冷冻的维持费是常规饲育方法的1/10左右，精子冷冻是常规饲育方式的1/30左右，甚至更低）；④不会引起基因的突变或飘变；⑤因火灾、地震等自然灾害引起的“全军覆灭”的可能性很小；⑥不需要担心病原体的感染等优势，因此它是目前为止实现实验动物资源保存的最为有效的方法。世界上一些发达国家以此方法建立起了各自的实验动物胚胎冷冻库，Glenister和Rall的资料显示，1999年世界各国的胚胎银行保存了合计约2700个品系的小鼠模型的胚胎，保存的胚胎总量超过200多万玫。仅过一年，Glenister和Thornton的报告显示，美国的Jackson实验室已保存了近2000个品系的小鼠模型，保存的胚胎量达到了130万枚。2008年，Jackson实验室冷冻保存的胚胎量已超过200万枚，英国MRC的哺乳类遗传学中心也已保存了近3000个品系计超过60万枚胚胎；美国的NIH动物遗传学资源中心（AGR NIH）与日本实验动物中央研究所（CIEA）保存了275个品系的大鼠模型合计超过10万枚冷冻胚胎；在日本，除日本实验动物中央研究所外，熊本大学实验动物资源开发研究中心（CARD）已保存了1800种小鼠品系合计80余万枚胚胎和20000多根麦管的小鼠的精子，日本理化所的BRC则冷冻保存了2000多个品系合计超过100万枚小鼠胚胎。此外德国的哺乳类遗传学研究所（Institute of Mammalian Genetics：IMG），意大利、澳大利亚等国都建立了自己的资源保存中心。

我国自上世纪90年代后期开始进行实验动物的低温保存研究，目前已在一些主要的实验动物资源单位建立了较为完善了实验动物生殖工程技术和低温生物学技术体系，在国家啮齿类实验动物种子中心上海分中心（NRLARSH）和国家遗传工程小鼠资源库（NGTMR）分别建立了两个大型的低温冷冻库。其中，至2010年底已在NRLARSH保存了300多个品系的小鼠资源，合计冷冻小鼠胚胎超过15万枚，冷冻精子6000根麦管和1000多对的小鼠卵巢。

3 实验动物资源开发、保存和共享利用的趋势

3.1 遗传工程动物模型的研究开发方兴未艾

2002年，由多国合作的人类基因组DNA测序顺利完成，生命科学的研究热点已快速转入了功能基因组研究。2003年，实验小鼠基因组DNA测序完成，在小鼠3～4万个基因中，已被证实有90％左右的基因与人类高度相似，更加快了世界各国开发实验动物新资源的步伐。小鼠遗传学在研究哺乳类动物尤其是人类基因组功能方面扮演着极其重要的角色。通过基因工程（如转基因、基因剔除和基因插入等）手段使原有的小鼠品系发生变异，以此来揭示人类基因组的功能。许多事实已经证明了这些小鼠遗传资源的潜在价值。尽管小鼠的突变系目前已有10000多种，而且还在不断增加，但实际上这些小鼠模型在哺乳类基因的总量中尚不到10％。其次，由于生物体的生理功能基本上都是由蛋白质完成的，一个基因可以编码出多个蛋白质，因此，要了解一个基因的功能，至少需要三个以上的基因突变小鼠。而小鼠约有3万个基因，那么就需要制作10万个以上的小鼠模型来解析。在基因组计划完成后的10年中，全球约开发了1万多个突变小鼠模型，那么要开发10万小鼠模型，按照现有的技术和速度，大概需要近100年时间。因此，世界上一些发达国家以及中国等发展中国家已达成共识，合作开展一个大规模的“基因突变计划”，将以每年开发数百个品系的速度制作新的小鼠模型，以此来不断填补这个缺口。

由于基因功能信息与人类疾病的诊断治疗、药物研发和药靶的发现等密切相关，所以发达国家纷纷加大了对人类基因组功能基因研究的投入，致使围绕人类基因组功能基因有限知识产权的争夺日趋激烈。生物技术革命像计算机技术革命的到来一样，给全球经济带来无限商机。美国工业分析家蒂姆·皮克曼认为人类基因组计划将在今后几年内为医药制造商提供5000个新的医疗目标。而在过去的20世纪医学研究成果只产生了400类药物。医药制造商们认为人类基因组计划的完成提供了一个极大的商机。英国医药制造公司史密斯克莱恩公司的前首席执行官简·莱斯利认为遗传革命的机会之窗只开5年至7年，不能错过。一些英美医药公司和生物技术巨头如辉瑞、默克、史密斯克莱恩、格拉克索等早已看准这个巨大市场，正投入巨资、开发研究、收购技术诀窍、抢先注册专利。有的公司已申请几百项基因研究专利，并已有少数基因疗法新药投入临床试验。

3.2 自然资源和模式生物的开发利用受到重视

随着国民经济的发展和社会进步，延长寿命和提高生活质量已成为人类共同关心的问题。而疾病对人类的健康和生存已构成重大威胁，已成为目前全球性最重要的社会问题之一。尽管生物医学已有了长足的进步和发展，但对于人类5000余种遗传性疾病的大多数疾病（如糖尿病、红斑狼疮、血友病等），以及一些重大的感染性疾病（肝炎、结核病、SARS等）、自身免疫性疾病（艾滋病、风湿性关节炎、干燥症等）等的发病机制还知之甚少。建立人类重大疾病的动物模型，对分析疾病的发病机制，解答特定人群对某种疾病的易感性，以及新型药物的创制有重要推动作用。

尽管小鼠在现代生命科学研究和生物医药研究中扮演了一个极其重要的角色，但还存在着局限性。一是小鼠基因虽然与人类有近90％或以上的同源性。但还有10％左右的基因功能在小鼠上不能分析。二是人的碱基对约有31亿，而小鼠只有23亿。因此有近30％的碱基对组成的DNA序列在人体中的功能不能在小鼠上分析。三是实验小鼠在长期的培育过程中大量基因已丢失，需要从野生小鼠或其他动物中去开发这些未知的或新的基因。

由于动物保护运动的兴起，非人灵长类及犬、猫等动物的使用受到限制，逐渐被模式生物、鱼类等水生动物以及猪、羊等经济动物所代替。开发模式生物，如线虫、非洲爪蟾、果蝇、斑马鱼、酵母等研究人类疾病的发病机制或进行药物筛选将成为一个重要的发展方向。

野生动物的实验动物化也是实验动物种类不断增加的来源，如小型猪、树鼩、东方田鼠、布氏田鼠、高原鼠兔等。全球目前共有4140种兽类动物，我国大约有430种，人类从近100种动物中已经开发了1万多个实验动物资源。因此，如何合理开发和有效利用这些资源是摆在我们目前的一个课题。21世纪是生命科学的世纪，谁拥有动物资源，谁就谁就占领生命科学研究的高地。

3.3 实验动物资源的保存技术将不断完善

冷冻保存技术已被证明是目前保存实验动物资源最有效、最安全、最经济的手段。生物机体在低温下能够长期保存主要是因为低温能抑制生物体的生化活动。生物体内的一切新陈代谢过程中的化学变化，虽然大多数是由酶的催化而表现出各种特殊形式，但仍然都服从于某些共同的物理和化学规律。许多酶反应速度、心搏速度、呼吸速度、神经冲动传播速度、变质反应速度等试验都证明了温度对化学反应速度的影响。动物胚胎和配合子的低温保存原理就是因为低温而降低了胚胎或配合子内的变质反应速度。并且温度越低，保存时间就越长。

通过半个多世纪的努力，实验动物的低温保存技术已得到了快速发展，但对一些特殊的动物品种、品系的低温保存仍不理想，有的尚未建立相应的技术。在业已开发的1万多个基因工程小鼠中，以C57BL/6（B6）为背景的转基因和基因剔除小鼠约占80％以上。但对于其精子的冷冻保存一直到2006年后才取得突破性的进展。日本科学家N.Nakagata通过对其发明的小鼠精子冷冻保护剂R18S3进行改良，新研制的抗冷冻液FERTIUP（CPA）使B6小鼠的冻融精子的体外受精（IVF）率从10％不到提高到了30％以上。但仍远远低于其他品系小鼠。因此，围绕着B6小鼠的精子冷冻研究仍将是今后几年的一个重点。另外，大鼠精子的冷冻、非人灵长类、猪等的精子冷冻保存研究国内外都有报道，但尚未有突破性的进展。生殖器官的保存也是将来研究的一个趋势，在实现小鼠卵巢冷冻和移植的基础上，如何实现其他实验动物资源的卵巢、睾丸、附睾等冷冻也是摆在全世界科学家目前的一个重要课题。

4 实验动物资源开发、保存和共享利用中存在的问题与对策建议

4.1 存在的问题

（1）实验动物品种、品系资源不足、利用率低

我国现有实验动物品种资源约1000多个品系，仅占世界资源的1/10不到，常用的实验动物主要有10多个品种近50个品系，这些动物的总使用量约占全部实验动物用量的85％以上。自主知识产权动物品系（包括自发突变动物模型和基因突变动物模型）的规模性研发工作尚处于起步阶段，也缺乏对动物新品种或新品系及疾病模型的评价体系，远远不能满足科技发展的需要，尤其是在近年突发公共卫生事件和人类重大疾病的研究方面表现更为突出。引进的实验动物资源，由于知识产权保护、使用限制、研究项目上的排他性，以及保存技术的不完备等问题，因此，每年大量地重复引进所需的实验动物品种或品系。另外，由于缺乏相关的政策法规、共享机制和技术标准等方面的诸多问题，使以国家投入为主研发、保存的有限实验动物资源难以实现最大程度的全社会共享。

（2）实验动物新资源开发缺乏系统性规划、无持续性投入

我国幅员辽阔，陆栖脊椎动物约有2137种，约占世界种属的10.1％。虽然我国野生动物资源极为丰富，但是应用到生物医学研究中的动物种类仅为其中极少一部分，如黑线仓鼠、长爪沙鼠、鼠兔、树鼩等。根据我国现有资源动物的可利用性分析，能驯化、培育成实验动物的资源动物包括灵长类（如恒河猴的各亚种）；兔类有蒙古野兔、高原野兔、达乌尔鼠兔、高原鼠兔、中国本兔、哈白兔等；鼠类有褐色大家鼠、小家鼠、大尾黄鼠、大仓鼠、黑线仓鼠；鼢鼠有中华、东北及草原鼢鼠；沙鼠有大沙鼠、长爪沙鼠等；此外还有姬鼠、麝鼠；食虫目有树鼩、犰狳、刺猬、穿山甲；鸟类有鹌鹑、鸽等。我国有些种属具有很高的开发价值。例如，很早就被引入欧美的拉萨狗，为世界所瞩目；黑线仓鼠和长爪沙鼠早已被国内外科学家公认为实验动物。在资源动物的开发利用上，我国起步不晚，但进展不大。其主要原因是缺乏对资源动物开发重要性的认识，因此在研究经费上缺少一个持续性的支持或因为人员的变更、资源动物的相对封闭性和独占性等原因，致使一些具有实验动物开发潜力的资源动物等得不到利用。其次，由于大部分的资源动物地处边远地区或山区的地域性分布特点，研究力量相对薄弱，没有足够的经费支持，使得一些科技自然资源的开发始终处于萌芽状态。第三是由于研究、开发和利用缺乏统一的规划和管理，作为资源保存和共享还有很大的难度。

（3）资源保存缺乏战略性的发展规划和稳定的资助

自1998年以来十多年，科技部通过项目支持已设立了啮齿类、兔类、禽类、犬类、非人灵长类、遗传工程小鼠等7个国家级的实验动物资源中心和一个实验动物数据与信息库。为安全保存实验动物资源、推动资源的共享利用的奠定了基础。但由于缺乏资源的战略发展规划和无稳定的运行经费支持，以及对资源中心没有一个很好的评估淘汰机制，因此，在实验动物资源的收集、保存等方面发展极不平衡。同时，因管理体系或部门利益，甚至出于个人利益，以各种原因和理由为资源入库或共享设置各种障碍。一些自主开发的或引进的实验动物资源，由于得不到有效的保护而丢失，如我国科研人员采用KM小鼠培育的数个近交系、突变品系等已基本绝种，一批在“九·五”期间获得的动物模型已所剩无几。由于研究工作的阶段性和科研管理工作的局限性，也使得在研究工作中建立的实验动物模型得不到有效的保存，许多有广泛应用价值的资源随着课题研究的结束而丢失，这种恶性循环的“怪圈”因体制和管理等方面的问题长期以来难以打破。作为战略资源，实验动物的安全保存应是一项社会公益性的基础工作，应该把实验动物资源保存与共享所需经费纳入国家财政经常性支出，代之以临时性项目方式维持国家实验动物资源中心的正常运转，这与世界各国对包括实验动物资源在内的自然科技资源给予国家经常性财政支出的做法差距较大。

（4）实验动物资源共享体系尚未建立

我国还没有专门的动物种质资源共享的立法，只有在其它法规的条款中有零星的体现。关于动物种质资源共享的相关法律法规大多数是以动物种质资源的保护、特别是珍贵动物资源的保护为着眼点的，我国的动物种质资源更确切地说是濒危或珍稀动物保护法。此外，我国大多数遗传资源管理规定是在其它法律、法规框架下附带提出的，内容很不完善，也不具体，尤其是在遗传资源的取得、惠益分享和专利制度方面基本是空白，更无从谈起在此基础上的资源共享。而国外发达国家的资源共享方式较多，其中大部分以公益型共享为主，但针对一些珍稀的、独特的、有巨大研究价值的资源，不免费向国外扩散。我国也逐渐认识到并开始了立法，保护本国一些独特的遗传资源的所有权和共享利益的公平分配。另外，目前我国的相关法律尚未给予动物新品种、新品系以专利保护。而在美国，新品种取得专利权是非常重要的。因为专利权中有适当的权利要求，专利品种的持有人可阻止他人以育种的目的取得种质而去获取商业利益。

在建立实验动物资源共享体系的同时，自然科技资源信息共享的法律法规也迫切需要建设。国际组织和发达国家在自然科技资源信息的整合与共享方面起步较早，都已经形成了很多共享的网络信息系统和服务平台。经过十年左右的建设，我国在自然科技资源数字化和信息开发利用方面有了一定的基础，如国家自然科技资源信息共享平台（简称e-平台）是科技部在2003年立项开始建设，提供植物种质资源、动物种质资源、生物标本资源、微生物资源、人类遗传资源、岩矿化石资源、实验材料资源、标准物质资源八大类自然科技资源信息共享服务，以信息共享最终推动实物的共享。就实验动物资源而言，中国实验动物信息网可为终端用户提供元数据库查询、数据查询等信息服务项目。但在资源信息量和资源自身的描述性数据（包括：护照数据、生理数据、生化数据、遗传数据、免疫学数据、解剖数据、特性数据以及应用数据）方面还有较大的欠缺。因资源信息匮乏而使得科技人员在选择资源时不得不给予考虑，使得有限资源实现共享受到障碍。目前，在实验动物资源信息共享上，目前国内外都没有专门的法律、法规、公约、条例等。随着信息化的日益渗透，实验动物资源信息逐渐在互联网上整合、发布和共享，由此也会带来诸多的问题，比如信息安全、信息的开放程度和使用权限、知识产权和版权问题等。实物共享已有很多法律法规、条约、公约等规范来约束、指导资源的共享行为，信息共享的成文法规几乎是个空白。在这方面，我国如何建立引导性政策、约束性的条例，是一个具有重要意义且值得探讨的课题。

4.2 对策建议

（1）组织专家对我国具有实验动物化开发潜力的资源动物进行调研，对目前正在实验动物化的资源动物进行评估，在此基础上制定一个中长期的研究规划，明确目标和任务，重点支持与扶持支持相结合，对一些我国特有的、有较高应用价值的潜在模型资源给予持续性的研究经费支持。

（2）针对国际实验动物新资源，尤其是大规模基因改变动物的研究热点，集中有限的财力给予重点支持。同时，积极支持生物医药企业在医药研究动物模型上的开发和利用。鼓励创新性动物资源的开发和知识产权保护。同时制定相关的法律或政策，明确国家、单位、个人的权、责、利，形成实验动物资源共享的前提条件和互利机制。

（3）实验动物种质资源建设应以全社会共享为目标，要达到这样一个目的，就必须在资源共享原则（包括资源共享行为主体的责权利界定原则、资源共享分级分类原则、资源共享方式分类原则、资源共享保障原则）、资源共享机制（包括共享行为主体责权利界定规则、分级分类共享细则、资源共享保障规则）、资源共享方式（包括有偿共享的定价规则和方法、资源信息数据和实物的共享方式）等方面加强研究，建立完善、有效可行、有利于资源共享和兼顾资源建设的政策保障体系。

（4）资源动物的政策和立法应该由“重保护”向“重利用”转变。我国拥有丰富的动物遗传资源，这是我国生物多样性的体现和可持续发展的基础，完全禁止获取不是维护国家利益的最佳途径。把本国在资源动物上的潜在优势，通过对资源的合理开放和有效利用，可以转化为实用的、现实的利益，激励自然科技资源转向社会共享、产生经济效益、促进产业的发展。对一些目前我国的技术水平还不能完全进行自主开发利用的资源动物，在明确资源的获取、权益归属和惠益分享原则的基础上，可以引进发达国家的先进技术和资金，合作开发利用，以实现资源的价值和社会共享的最大化。

（5）在国家实验动物资源平台建设方面，针对目前“重建设、轻运行、无管理”的现状，建议设立专项运行经费给与各国家实验动物种子中心运行上的保障。同时制定相关的竞争、激励、考核、评估及退出机制。明确资源平台的发展目标和资源的共享利用度。促进我国实验动物资源和数据的收集、安全保存和共享利用。

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