文档介绍：高新技术工程生物医学模型的最新发展
人类正在经历着一个高新技术发展的历史时期。在遗传学方面,人类、小鼠和其它基因组的克隆、序列分析正在迅速发展和完善。21 世纪主要的任务就是全面的探讨基因的功能和它在人类疾病发生过程的作用。科学家之所以能够基本上了解原核生物和低等真核生物的基因功能,主要归功于对突变基因动物的研究。
实验动物是生物科学等基础研究及生物高技术研究、开发、应用的重要支撑和保证条件。随着现代高新科学技术的发展,实验动物科学已从过去注重于动物的饲养管理和实验操作的宏观向微观方面发展。自1980年美国科学院院报(PNAS,USA),转基因技术的应用发展迅速,人们称之为一场实验动物科学的革命。它使在实验动物活体内集整体水平、细胞水平和分子水平为一体,更能体现生命整体的研究效果,从而为医药卫生研究提供了新的强有力的研究工具。
工程生物医学模型是指通过生物技术工程手段创立的具有生物医学模拟表现的实验动物模型。通过现代遗传修饰手段,包括转基因技术(transgenic, knock out/knock done) 、细胞核转移和细胞器转移, 如线粒体转移等技术, 改建的动物模型,又统称为遗传修饰模型(ically modified models; GMM)。这些实验动物模型和模型系统必将促进人类疾病的研究,并将全方位的促进新药的筛选、开发和利用。
生物医学模型实质上就是人类或人类生物系统的“替身”。应用这种“替身”去理解从基因型(ype) 到表现型(phenotype) 的正常和非正常功能, 从而对人类疾病提供一个预防和治疗的基础。例如,各种侏儒症小鼠模型,通过对其突变基因的克隆研究及比较人类的遗传图谱,已使科学家了解人类侏儒症的发生条件, 并提出对其治疗的建议。
生物模型并不需要是一个完全的人类疾病的复制品。例如,带有人类 Duhenne-Becker 肌肉营养障碍同物系基因的突变小鼠,它就不象人类那样对小鼠本身有很大的影响,而且还能再生退化的肌肉(Anderson, 1988)。但这类模型已成功的用在对这种肌肉衰退性疾病的肌肉种植治疗实验上。许多Knockout突变小鼠, 并不显示出其表现型,但仍能显示出其基因的作用。
比较医学的研究在发展、创造生物医学模型方面起到一个举足轻重的作用。比较医学(comparative medicine)是研究实验动物与人类生命现象的关系,其主要目的就是对不同种系动物与人类之间的生理、病理作出有意义的比较,建立各种人类疾病的实验动物模型及模型系统,去了解人类疾病的发生、发展,用于诊断、治疗及病理、生理、药理等实验,为保护和增进人类健康服务。如下几方面将成为21世纪实验动物模型发展、应用的焦点。
一、功能基因组(functional genomics) 实验动物模型本世纪遗传学、分子遗传学及分子生物学都得到突飞猛进的发展。基因与人类健康之间的关系已引起人类的关注。“人类基因组计划”完成。21世纪的医学、生物学的研究、重大疾病的预测、诊断和防治必将集中在研究基因的功能上。科学家已发现很少有人类的疾病是由一种单一基因作用的结果,因此,了解基因的相互作用将成为21世纪基础医学研究的焦点。
功能基因组的概念,就是研究基因如何控制人类自我。要从基因组的破译转向功能基因组的分析,实验模型将是一个十分关键的问题。可以说在高等生物体中没有一个基因是单独活动的。基因功能的评估,唯一的办法是从分子生物学本身移到对整体模型动物的分析。在整体动物的基因相互使用下,所产生的表现型或疾病,只有通过整体动物的试验才能理解。功能基因组实验动物模型将是21世纪实验动物科学的“核心模型”。
科学家认为,小鼠、斑马鱼(Zebeafish)及非人灵长目动物是研究人类功能基因组最好的实验动物模型。由于小鼠的生命周期短,繁殖力强,在饲养、管理方面相对较为经济,加之目前对小鼠的遗传图谱的分析最为详细,到目前为止,人们发现小鼠与人类大约有100 种以上的同源基因。小鼠的遗传基因组及组织解剖结构与人类十分类似;在疾病表现型上与人类也十分近似,因此认为小鼠作为人类健康研究的实验动物模型为最佳候选者。