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实验动物种质资源生物学特性数据的标准化研究与成果--写在《实验动物管理条例》发布实施三十周年系列篇之五十五
2019年03月05日
来源:国家实验动物专家委员会简报 2019年第12期
作者:贺争鸣 陈洪岩 徐平 高翔 黄韧 岳秉飞 刘运忠 赵静 王晓明 鲍世民 崔淑芳 廖力夫 陈振文 褚晓峰
责任编辑:admin
摘要:质量标准化是实验动物的基本属性,也是实验动物得以使用应具备的基本条件之一。其中,生物学特性的数据化表达是不同种类实验动物质量的“标志物”,是质量标准化的“载体”,也是解释科学问题的基础数据。为保证实验动物生物学特性能够准确的表达,我国学者在如何将实验动物的生物学特性真实转化为数据开展了研究,形成了系列标准,并应用于国家实验动物种子中心的资源保存与共享服务,对实验动物种质资源的标准化和科学化管理,确保实验动物遗传资源的稳定性等具有重要意义。通过“科技资讯”,介绍前期做作的工作和形成的技术规范,与各位同仁分享。
编者:《实验动物管理条例》(以下简称条例)是我国第一部实验动物管理行政法规。《条例》的发布实施,确定了实验动物在科技发展中的重要地位,全面规划了我国实验动物工作发展方向、目标和任务,在实验动物工作规范化、法制化管理,推进实验动物新品种/品系开发和动物模型创制,保障实验动物和动物实验的质量,推动我国科技发展和民生保障等方面发挥了重要作用。《条例》的发布标志着我国实验动物工作依法管理进入了新的阶段,为实验动物工作的快速有序发展提供了有力保障。
质量标准化是实验动物的基本属性,也是实验动物得以使用应具备的基本条件之一。其中,生物学特性的数据化表达是不同种类实验动物质量的“标志物”,是质量标准化的“载体”,也是解释科学问题的基础数据。为保证实验动物生物学特性能够准确的表达,我国学者在如何将实验动物的生物学特性真实转化为数据开展了研究,形成了系列标准,并应用于国家实验动物种子中心的资源保存与共享服务,对实验动物种质资源的标准化和科学化管理,确保实验动物遗传资源的稳定性等具有重要意义。通过“科技资讯”,介绍前期做作的工作和形成的技术规范,与各位同仁分享。
实验动物种质资源生物学特性数据的标准化研究与成果
贺争鸣1,陈洪岩2,徐平3,高翔4,黄韧5,岳秉飞1,刘运忠6,赵静4,王晓明5,鲍世民7,崔淑芳8,廖力夫9,陈振文10,褚晓峰11
(1、中国食品药品检定研究院,北京,102629;2、中国农业科学院哈尔滨兽医研究所,哈尔滨,150086;3、上海吉辉实验动物饲养有限公司,上海 201613;4、南京大学-南京生物医药研究院,南京,210089;5、广东省实验动物监测所,广州,510260;6、广州医药研究总院有限公司,广州,510240;7、中国科学院上海实验动物中心,上海,201615;8、海军军医大学,上海,200433;9、新疆维吾尔自治区疾病预防控制中心,乌鲁木齐,830002;10、首都医科大学,北京,100069;11、浙江省医学科学院,杭州,310007)
实验动物因种类不同而表现出不同生物学特性使其具有不同的应用领域和应用价值。实验动物生物学特性的数据化表达是实验动物标准化的内容之一,也是实验动物资源共享平台建设的重要组成部分和实现资源整合与共享服务的基础条件之一。在国家科技基础条件平台项目“实验材料共性描述标准与规范的研究制定及共享试点建设”(2003~2005年,项目编号:2003DIA3N020)和“实验动物遗传资源共享平台的建设”(2005~2008年,项目编号:2005DKA21500)的支持下,以国家实验动物种子中心为核心形成研究团队,以科学、规范地实现不同种类实验动物生物学特性的数据表达,研究制定了系列化、不同层次的技术规范,并在实际应用的基础上不断丰富和完善。
一、描述规范研究制定的意义
在科技项目的支持下,我国实验动物资源建设有了一定发展,并通过自主研发、国际引进、国内收集、有效整合、科学保存等,在实验动物资源的共享服务方面取得了一定的成绩,但仍存在着许多问题,如各资源研发单位或收集保存单位对资源的描述规范和数据标准自成体系,缺乏有效的沟通渠道和机制;部分资源收集保存单位没有对资源进行数据化表达的意识,缺少对资源的数据化描述和资源共享必需的数据资料;各地区、各单位之间资源数据混乱,缺乏可比性,严重影响实验动物实物资源和数据资源的原初质量,难以实现资源整合,也严重影响了我国实验动物资源管理工作全面走向规范化和科学化。因此,迫切需要制定实验动物资源的描述规范和相关技术规程,为全国实验动物资源的标准化、收集保存与共享服务提供必要的基础条件。
标准化是实验动物应该具备的基本属性,也是实验动物能够得以应用必须具备的基本条件之一。制定实验动物描述规范、技术规程和数据标准,是保证实验动物资源标准化的重要前决条件,是实验动物资源收集整合与实现共享的基础支撑条件,对实验动物资源共享服务平台的建设至关重要,也对加速国民经济、科技进步和社会发展有着重要的战略意义。
二、描述规范的作用和目的
研究制定实验动物生物学特性的描述规范,其根本目的就是为获得完整、准确的实验动物生物学特性数据提供“标准”要求。实验动物生物学特性数据不仅是对实验动物资源本质的客观描述和“身份证明”,同时数据作为一种特殊资源对源资源和其他资源的建设起着不可替代的作用。生物学特性数据对实验动物繁育保种是必不可少的衡量尺度,也是对动物实验结果进行统计和分析的重要基础资料。而实验动物生物学特性的数据化则是一个依据有关标准、规范和规程,依靠仪器进行测量的过程,并从积累和测量的数值中去分析和选择有效的最佳数值,作为在一定条件下和生产工艺中的依据,使实验动物保持应有的状态和使用效果。实验动物生物学特性的数据化过程包含着规范化和标准化的内容,只有这样,才能综合各种标准和规范,进而不断使实验动物达到标准化的水平。因此,实验动物生物学特性数据化表达与实验动物健康质量控制一样,都是实验动物标准化的重要内容。
三、描述规范的制定原则
完整性、规范化和标准化是实验动物生物学特性数据化表达的基本要求,也是实验动物数据得以应用所应具备的基本条件之一。因此,制定相应的描述规范和数据标准,是开展实验动物资源数据化表达工作、并确保数据的准确可靠的前提和重要条件。
描述规范是对实验动物资源“身份描述”的统一标准,其中包括实验动物资源共性的护照信息、标记信息和基本特性特征描述信息等。采用描述规范标准化整理的数据进入国家科技基础条件平台和国家实验动物资源库,可向社会发布实验动物的种类、数量、分布及获得方式等基本信息,为实验动物资源的共享提供服务。
(一)既要有利于资源建设,也要考虑使用者的需要
制定描述规范和开展资源的数据化表达,其目的是建立标准化的资源库,为使用者提供标准化的可用资源。因此在制定描述规范具体内容时应考虑两方面的要求,即所制定的描述规范既要有利于资源的收集、整理、保存,也要兼顾资源使用者对资源基本特征特性了解的需要。
(二)结合当前和长远发展需要,以资源共享为主要目标
实验动物资源建设不是一项有时限的阶段性科研任务,而是一项长期和重大的科技工作。科技发展对基础支撑条件不断提出要求也就决定了实验动物资源建设的连续性和持久性。因此,描述规范的研究制定不仅要考虑到目前资源建设的需求,也应该考虑到今后很长一段时间内资源建设对描述规范的要求。描述规范为实验动物资源平台建设服务,而平台建设的目标是资源共享,因而,描述规范的制定应服从于资源共享,以资源共享为主要目标,为资源共享服务。
(三)优先考虑我国现有基础,兼顾将来发展
虽然我国在实验动物资源建设方面做了大量的工作,但目前基础还较为薄弱,各个领域发展水平不平衡,整体水平不高。因此,在确定描述规范内容时,应本着科学的原则,同时充分考虑我国在实验动物资源建设方面的现有工作基础,不能脱离现有基础盲目追求不现实的所谓“科学化”和“标准化”。既要看到实验动物资源平台建设对我国科技基础条件建设的补充完善和推动以及带来的巨大发展,又要考虑到资源标准化程度的不断提高和标准化水平将有较大的上升空间,这一点应在描述规范中有所体现。
(四)统一资源共性信息、统一描述项目
实验动物品种多决定了其特征特性的个性化和共性描述项的复杂性。虽然不同种实验动物的外观、解剖结构和生活习性等方面各不相同,但其应用性质是一致的,这就是它们都是科学研究的物质基础。因此,从这一性质着手,提炼出具有共性的“特征”,作为共性信息列入实验动物共性描述规范,本着科学、严谨、可行的原则,在统一描述项的基础上设立不同的选项,达到统一规范的目的。
(五)讲求实效,注重可操作性
共性描述规范是对实验动物特征特性进行描述和数据化表达的具体要求,而根据描述规范得出的数据和信息是为资源建设者和使用者开展资源保存与选择使用的指南和依据。因此,信息的实用性非常重要。非必需的信息要尽可能的少,而关系到资源本质的信息则要尽可能的全。描述项的设立要考虑到实验动物资源平台建设的需要以及资源使用的需要,两者不可偏废。同时,对那些看似“需要”但靠目前技术难以获取的数据(描述项)则应避免,使实验动物共性描述规范具有较强的可操作性。
在国家科技基础条件平台项目“实验材料共性描述标准与规范的研究制定及共享试点建设”(2003~2005年,项目编号:2003DIA3N020)和“实验动物遗传资源共享平台的建设”(2005~2008年,项目编号:2005DKA21500)的支持下,研究制定了我国实验动物生物学特性的共性描述规范[2],为实验动物资源描述的规范化和数据表达的标准化提供了依据。
该描述规范包括五大类信息共计202个描述项(见表1),并根据其重要性和可操作性,分为“必须项”和“非必须项”两种。
截止到2018年年底,中国实验动物信息网站的“国家自然科技资源平台实验动物资源库已保存了小鼠、大鼠、金黄仓鼠、豚鼠、兔、犬、猴、鸡、鸭、灰仓鼠、东方田鼠、长爪沙鼠、猪、树鼩、裸鼹鼠、鱼等16大类209个品种品系实验动物的基本信息以及生理、生化、解剖、遗传等生物学信息数据41755组数据,293张图片,1236张图谱。
四、实验动物生物学特性数据采集技术规范
数据化表达是实验动物本质特征的“提炼”过程,其中受到多种因素的影响。数据的客观、准确与否不仅与被测动物本身状态有关,而且也与技术要求(如选取动物数量、数据表达方式等)和所用测定技术有关。因此,依据“实验动物资源共性描述规范”的基本内容和总体要求,本着科学性、全面性、灵活性和有效性的原则,制定了“实验动物生物学特性数据采集技术规范”。该技术规范对指导实验动物生物学数据的测定、表达与整理工作的开展,保证数据的准确、规范有着重要的意义。
该技术规范从目的、范围、内容、基本原则等方面,阐述了技术规范的定位和基本性质,说明了该技术规范与生物学特性数据化表达的其他技术文件之间的关系。
该技术规范在总体技术要求中,对在进行数据测定前所有可能影响数据准确性的因素进行了限定,包括动物因素(数量、年龄、性别)、技术因素(原始记录、数据表达方式等)和仪器设备因素(精度等)进行了说明和限定。
在该技术规范的基本技术要求中,分别对描述规范中提出的五类数据(基本信息、生理数据、生化数据、遗传数据、解剖数据)的收集、整理进行了说明和限定,提出了技术要求。
五、实验动物生物学特性数据测定技术规程
实验动物品种的多样性使得生物学特性数据化表达的内容与测定手段有很大区别。某些动物具有其特殊的描述项(如禽类蛋的品质),有些描述项虽然多种动物都需测定,但其重要性并不相同(如尾长/体长比例对灵长类尤为重要)。为达到各种动物不同生物学特性测定的规范化和标准化,保证数据的准确性,依据“实验动物资源共性描述规范”的基本内容和总体要求,本着科学性、实用性的原则,制定了“实验动物生物学特性数据测定技术规程”。该技术规程规范了不同种实验动物各类数据的测定过程和技术要求,保证所获得的数据准确可靠。
到目前为止,已制定了“啮齿类实验动物生物学特性数据测定技术规程”、“实验猴生物学特性数据测定技术规程”、“实验兔生物学特性数据测定技术规程”、“实验禽类生物学特性数据测定技术规程”和“实验犬生物学特性数据测定技术规程”。随着新的实验动物品种开发,其他类动物的生物学特性数据测定技术规程将逐步完善。
“实验动物生物学特性数据测定技术规程”与“实验动物资源共性描述规范”和“实验动物生物学特性数据采集技术规范”互为补充完善,共同构成采集、测定和整理实验动物生物学特性数据的技术文件。数据测定技术规程是实验动物生物学特性数据化测定工作应遵循的技术要求,同时也是数据库建设的重要文件。按照“实验动物资源共性描述规范”的数据分类方法,考虑到实验动物生物学特性数据的应用情况和目前测定技术水平,技术规程主要对“非空项”的测定技术进行描述。
六、结语
自2005年国家科技基础条件平台项目启动以来,通过实验动物资源收集、保存与生物学特性数据的表达、整理和录入的工作,在库的实验动物资源数据不断丰富和完善,仅2018年用户访问量就达到21794人次。该数据库是现阶段国内收录实验动物资源品种(系)和生物学特性数据最为全面的数据库。数据库的建立与数据共享对实验动物资源开发与利用、实验动物资源的标准化发挥了重要作用,同时对生命科学的发展也起着不可或缺的支撑作用和积极的促进作用。
为达到数据资源更广泛的共享,该数据库也被纳入国家自然科技资源平台资源数据库。国家自然科技资源平台数据库负责保存每一个入库资源的共性信息。如:护照信息、标记信息、基本特征描述信息、保存单位信息等。通过为每一个资源提供“平台资源号”和“资源归类编码”等来实现对中国实验动物信息网实验动物资源库的访问链接,便于用户查询使用。
通过国家科技基础条件平台项目的研究,我国实验动物生物学特性数据化工作有了一个很好的起步,以此构建的数据库在实验动物资源标准化和共享服务方面已开始发挥作用。相信,通过实验动物生物学特性数据资源的规范化研究的不断完善和规范化,将极大的推动我国实验动物种质资源的建设与共享利用,以及我国生命科学研究水平的不断发展。
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