모델 유기체

Model organism
대장균은 그램 음성 prokaryotic 모델 유기체다.
유전학 실험의 가장 유명한 주제 중 하나인 드로소필라 멜라노가스터
분자 및 세포 생물학에서 가장 집중적으로 연구된 진핵 모델 유기체 중 하나인 사카로마이오스 세레비시아

모델 유기체(모형으로 종종 단축됨)는 모델 유기체에서 이루어진 발견이 다른 유기체의 작용에 대한 통찰력을 제공할 것이라는 기대와 함께 특정한 생물학적 현상을 이해하기 위해 광범위하게 연구되는 비인간 종이다.[1][2]모형 유기체는 인간의 실험이 실현 불가능하거나 비윤리적일 때 인간의 질병을 연구하는 데 널리 사용된다.[3]이 전략은 모든 살아있는 유기체의 공통적인 하강, 그리고 진화의 과정에 걸친 대사 및 발달 경로와 유전 물질의 보존에 의해 가능하게 된다.[4]

모델 유기체를 연구하는 것은 유익할 수 있지만, 한 유기체에서 다른 유기체로 일반화할 때 주의를 기울여야 한다.[5][page needed]

인간의 질병을 연구하는 데 있어 모델 유기체는 실제 인간을 해칠 위험이 더하지 않고 질병 과정을 더 잘 이해할 수 있게 해준다.선택한 종은 대개 인간에 대한 결정된 분류학적 동등성을[clarification needed] 충족시켜 필요에 따라 인간의 생리학과 유사한 방식으로 질병이나 그 치료에 반응하게 된다.비록 모형 유기체에서의 생물학적 활동이 인간에게 영향을 보장하지는 않지만, 인간 질병에 대한 많은 약물, 치료법, 치료법은 부분적으로 동물 모델의 지침에 따라 개발된다.[6][7]질병 모델에는 세 가지 주요 유형이 있다: 동질성, 이형성, 예측성.동질 동물은 같은 질병을 가진 사람과 같은 원인, 증상, 치료 선택권을 가지고 있다.이형동물은 같은 증상과 치료법을 공유한다.예측 모델은 단지 몇 가지 측면에서만 특정 인간의 질병과 유사하지만, 일련의 질병 특징의 메커니즘을 분리하고 예측하는 데 유용하다.[8]

역사

동물들의 연구 사용은 고대 그리스로 거슬러 올라가는데, 아리스토텔레스 (기원전 384–322년)와 에라스티스트라투스 (기원전 304–258년)가 살아있는 동물에 대한 실험을 최초로 수행했다.[9]18세기와 19세기의 발견에는 안토안 라부아지에가 호흡이 연소의 한 형태임을 증명하기 위해 기니피그를 칼로리미터에 사용한 것과 루이 파스퇴르가 양에 탄저균을 이용한 1880년대 질병의 세균 이론을 실증한 것이 있다.

동물 모델을 이용한 연구는 현대 의학의 많은 성과에 중심이었다.[10][11][12]인간의 생리와 생화학 등 분야에 기초지식의 대부분을 기여했으며, 신경과학, 전염병 등 분야에서 상당한 역할을 해왔다.[13][14]예를 들어 소아마비의 근소화와 장기이식의 발달이 그 결과에 포함되었고 인간과 동물 모두에게 혜택을 주었다.[10][15]1910년부터 1927년까지, 과일파리 드로필라 멜라노가스터와 함께한 토마스 헌트 모건의 연구는 염색체를 유전자의 유전자를 위한 유전자의 유전자의 벡터로 식별했다.[16][17]드로소필라는 최초의 동물 중 하나가 되었고, 한동안 가장 널리 사용되는 모델 유기체들 중 하나가 되었고,[18] 에릭 칸델은 모건의 발견이 "생물학을 실험 과학으로 변화시키는데 도움을 주었다."[19]고 썼다.D. 멜라노가스터는 가장 널리 사용되는 진핵 모델 유기체들 중 하나로 남아 있다.같은 기간 동안, 윌리엄 어니스트 캐슬의 실험실에서 애비 라스트로프와 협력하여 쥐 유전학에 관한 연구는 DBA("dilute, brown, non-agouti")의 인브레드 마우스 변종과 다른 인브레드 변종의 체계적 생성을 이끌었다.[20][21]쥐는 그 후 모델 유기체로 광범위하게 사용되었고 20세기와 21세기의 많은 중요한 생물학적 발견과 연관되어 있다.[22]

19세기 후반, 에밀 폰 베링(Emil von Behring)은 디프테리아 독소를 분리하여 기니피그에서 그 효과를 입증했다.그는 계속해서 동물과 인간에게서 디프테리아에 대항하는 항독소를 개발했고, 그 결과 현대적인 면역방법이 생겨 디프테리아를 위협적인 질병으로 대부분 종식시켰다.[23]디프테리아 항독소는 1925년 누메에게 달려간 혈청 내 항독소가 전달된 것을 본떠 만든 아이디타로드 경주에서 기념하는 것으로 유명하다.디프테리아 항독소 생산에 동물 연구가 성공한 것도 20세기 초 미국의 동물 연구에 대한 반대 여론이 줄어든 원인으로 분석된다.[24]

이후 모델 유기체에 대한 연구는 개에 대한 프레데릭 베닝의 연구와 같은 의학적인 발전으로 이어졌는데, 이는 췌장 분비의 고립이 당뇨병을 가진 개를 치료하는 데 사용될 수 있다고 판단했다.이것은 1922년 인슐린(존 맥클로드와 함께)[25]의 발견으로 이어졌고, 이전에는 죽음을 의미했던 당뇨병을 치료하는데 사용되었다.[26]기니피그에 대한 존 케이드의 연구는 이전의 전두엽절제술이나 전기충격요법을 대체하면서 양극성 질환의 치료에 혁명을 일으킨 리튬염의 항경련성 특성을 발견했다.[27]할로탄이나 관련 화합물 등의 현대 일반 마취제도 모델 유기체에 대한 연구를 통해 개발되었으며, 현대적이고 복잡한 수술에 필요하다.[28][29]

1940년대에 조나스 솔크는 가장 치명적인 형태의 소아마비 바이러스를 분리하기 위해 붉은털 원숭이 연구를 사용했고,[30] 이로 인해 소아마비 백신을 만들게 되었다.1955년에 공개되었던 이 백신은 이후 5년 동안 미국에서 소아마비 발생률을 15배 감소시켰다.[31]알버트 사빈(Albert Sabin)은 소아마비 바이러스를 원숭이를 포함한 동물 숙주를 통해 전달함으로써 백신을 개선했다; 사빈 백신은 1963년에 대량 소비를 위해 생산되었고, 1965년까지 미국에서 소아마비를 사실상 근절시켰다.[32]백신을 개발하고 생산하기 위해서는 각 원숭이로부터 65회분의 백신이 생산되어 10만 마리의 붉은털원숭이를 사용해야 하는 것으로 추정되었다.사빈은 1992년 "동물과 인간을 이용하지 않았다면 인간뿐 아니라 동물들 사이에서도 많은 고통과 조급한 죽음을 예방하는 데 필요한 중요한 지식을 습득하는 것은 불가능했을 것"[33]이라고 썼다.

다른 20세기의 의학 발전과 동물에서 수행된 연구에 의존한 치료법으로는 장기 이식 기술,[34][35][36][37] 심장 마비 기계,[38] 항생제,[39][40][41] 백일해 백신 등이 있다.[42]광견병,[43] 탄저병,[43] 글랜더,[43] 고양이 면역결핍바이러스(FIV),[44] 결핵,[43] 텍사스 소열, 고전적인 돼지열병([43]호그 콜레라), 심장병,[43] 기타 기생충 감염에 대한 치료법도 개발되었다.[45]동물 실험은 생물 의학 연구에 계속 요구되며,[46] 알츠하이머병,[47] 에이즈,[48][49][50] 다발성 경화증,[51] 척수 손상, 많은 두통, [52]그리고 유용한 체외 모델 시스템이 없는 다른 조건과 같은 의학적인 문제를 해결하기 위한 목적으로 사용된다.

선택

모델은 풍부한 생물학적 데이터를 가진 유기체들로, 직접적으로 연구하기 더 어려운 다른 종 및/또는 자연현상의 예로서 연구하기에 매력적이다.이러한 유기체에 대한 지속적인 연구는 생태학, 행동학, 생체역학 등 다양한 생물학 수준에서 개별 조직, 유기체, 단백질의 작은 기능적 규모에 이르기까지 매우 다양한 실험 기법과 목표에 초점을 맞추고 있다.유기체의 DNA에 대한 문의는 유전적 모델(과일파리, 네마토드 웜 등 발생시간이 짧은 모델), 실험적 모델, 유전학적 시모니 모델로 분류돼 진화나무의 중추적 위치를 조사한다.[53]역사적으로 모델 유기체는 NIH 모델 유기체와 같이 광범위한 유전체 연구 데이터를 가진 소수의 종을 포함한다.[54]

종종 모델 유기체는 실험 조작에 순응할 수 있다는 근거로 선택된다.여기에는 일반적으로 짧은 수명주기, 유전자 조작 기술(증식된 균주, 줄기세포 선, 변형 방법) 및 비전문적 생활 요건과 같은 특성이 포함된다.때때로 게놈 배열을 통해 예를 들어, 매우 콤팩트하거나 정크 DNA의 비율이 낮음(예: 효모, 아라비도시스, 복어)으로 모델 유기체의 게놈의 염기서열을 용이하게 한다.

연구자들이 연구에 사용할 유기체를 찾을 때, 그들은 몇 가지 특성을 찾는다.이러한 것들 중에는 크기, 세대 시간, 접근성, 조작, 유전학, 메커니즘의 보존, 잠재적인 경제적 이익 등이 있다.비교 분자 생물학이 보편화되면서, 일부 연구자들은 생명의 나무 위에 늘어선 다양한 선에서 모형 유기체를 찾았다.

계통발생과 유전적 관련성

모델 유기체를 연구에 사용하는 주된 이유는 모든 유기체가 어느 정도 연관성과 공통적인 조상으로 인한 유전적 유사성을 공유한다는 진화론적 원리다.그렇다면 분류학 인간 친척에 대한 연구는 의학에 유용할 수 있는 인체 내의 메커니즘과 질병에 대한 많은 정보를 제공할 수 있다.

척추동물을 위한 다양한 계통생식수들은 지질화학 및 화석 기록뿐만 아니라 비교 단백질학, 유전학, 유전학, 유전학 등을 이용하여 형성되어 왔다.[55]이러한 추정은 인간과 침팬지가 약 600만년 전에 공통의 조상을 공유했다는 것을 말해준다.우리의 가장 가까운 친척으로서, 침팬지는 우리에게 질병의 메커니즘(그리고 어떤 유전자가 인간의 지능을 책임질 수 있는지에 대해 말해줄 수 있는 많은 잠재력을 가지고 있다.그러나 침팬지는 연구에 거의 사용되지 않으며 매우 침습적인 절차로부터 보호된다.설치류는 가장 흔한 동물 모델이다.계통생식 나무는 인간과 설치류가 80~100mya의 공통 조상을 마지막으로 공유했다고 추정한다.[56][57]이렇게 멀리 갈라졌음에도 불구하고 인간과 설치류들은 차이점보다 훨씬 더 많은 유사점을 가지고 있다.이것은 게놈의 많은 부분의 상대적 안정 때문에 척추동물의 사용이 특히 생산적이기 때문이다.

유전 데이터는 종들 간의 긴밀한 비교와 관련성을 결정하는 데 사용된다.인간으로서 우리는 우리의 게놈의[58][59] 99%를 침팬지와 공유하고 있다(보노보스 98.7%),[60] 그리고 90% 이상을 쥐와 공유하고 있다.[57]게놈의 많은 부분이 종에 걸쳐 보존되어 있기 때문에 인간과 쥐의 차이가 약 6천 개의 유전자(총 3만 개)에서 설명될 수 있다는 것이 비교적 인상적이다.과학자들은 인간의 질병에 대한 실험적이고 예측 가능한 모델을 만들 때 이러한 유사점을 이용할 수 있었다.

사용하다

많은 모범적인 유기체들이 있다.분자생물학의 첫 번째 모델 시스템 중 하나는 인간 소화계의 공통 성분인 대장균 박테리아였다.대장균을 감염시키는 여러 세균 바이러스(박테리오파지)도 유전자 구조와 유전자 조절(예: 페이지 람다, T4) 연구에 매우 유용했다.그러나 박테리오파지는 신진대사가 부족하고 번식용 숙주세포의 기능에 의존하기 때문에 유기체로 분류해야 하는지에 대해서는 논란이 있다.[61]

진핵생물에서, 특히 사카로마이오스 세레비시아("베이커" 또는 "버딩" 효모)와 같은 여러 효모들이 유전학과 세포 생물학에서 널리 사용되어 왔는데, 주로 그것들이 빠르고 쉽게 자랄 수 있기 때문이다.단순 효모세포의 세포주기는 인간의 세포주기와 매우 유사하며 동음이의 단백질에 의해 조절된다.초파리인 드로소필라 멜라노가스터는 다시 연구되는데, 동물에게 성장하기 쉽고, 다양한 가시적인 선천적 특성을 가지고 있으며, 침샘에 폴리테네(자이언트) 염색체가 있어 가벼운 현미경으로 검사할 수 있기 때문이다.회충새선충은 고정된 수의 세포와 관련된 발달 패턴이 매우 정의되어 있고, 이상 징후를 빠르게 확인할 수 있기 때문에 연구되고 있다.

질병 모델

주요 기사:동물병 모델

연구에 종사하는 동물 모델은 인간의 상태와 유사한 현존하거나, 유전되거나, 유발된 질병 또는 부상을 가질 수 있다.이러한 시험 조건은 흔히 질병의 동물 모델이라고 불린다.동물 모델의 사용은 연구자들이 인간 환자에게 접근하기 어려운 방법으로 질병 상태를 조사할 수 있게 하고, 인간에게 가하는 윤리적이라고 여겨지지 않는 수준의 해를 암시하는 비인간 동물에 대한 절차를 수행할 수 있게 한다.

질병의 가장 좋은 모델은 인간 등가물과 유사하다(원인의 기계학(mechanism of cause)과 표현형(signs and presidents)은 유사하다.그러나 복잡한 인간의 질병은 종종 질병 과정의 개별적인 부분을 분리하고 검사하는 단순화된 시스템에서 더 잘 이해할 수 있다.예를 들어 실험동물의 불안이나 고통에 대한 행동적 유사성을 통해 인간의 이러한 상태를 치료하기 위한 신약을 검사하고 시험할 수 있다.2000년 한 연구에서는 동물 모델이 71%의 사례에서 인간의 독성과 결합(진정한 양성 및 거짓 음성)한 것으로 나타났으며, 비장착물만 63%, 설치류만 43%로 나타났다.[62]

1987년 데이비드슨 외 연구진은 연구를 위한 동물 모델의 선택이 9가지 고려사항에 기초해야 한다고 제안했다.여기에는 "1) 아날로그로서의 적합성, 2) 정보의 전달성, 3) 생물체의 유전적 통일성, 4) 생물학적 성질에 대한 배경지식, 5) 원가와 가용성, 6) 결과의 일반화성, 7) 실험 조작에 대한 용이성 및 적응성, 8) 생태학적 결과, 9) 윤리적 결과가 포함된다.함축적 의미."[63]

동물 모델은 동질성, 이형성 또는 예측성으로 분류될 수 있다.동물모델은 또한 보다 광범위하게 1)실험, 2)자연발생, 3)부정, 4)고아의 4가지 범주로 분류될 수 있다.[64]

실험 모델은 가장 흔하다.이들은 표현형이나 치료에 대한 반응에서 인간의 조건을 닮았지만 실험실에서 인위적으로 유도되는 질병의 모델을 말한다.일부 예는 다음과 같다.

자발적 모델은 연구 중인 동물에서 자연적으로 발생하는 인간의 조건과 유사한 질병을 말한다.이 모델들은 희귀하지만 유익하다.음의 모델은 기본적으로 실험 결과의 유효성을 입증하는 데 유용한 통제 동물을 가리킨다.고아 모델은 인간의 유사성이 없고 연구된 종에서만 발생하는 질병을 말한다.[64]

인간과 유전적으로 가까운 비인간 영장류와 다른 포유류의 게놈에 대한 지식의 증가는 인간의 질병을 표현하는 유전자 조작 동물 조직, 장기 그리고 심지어 동물 종의 생산을 허용하고 있어 동물 모델에서 인간 질병의 보다 강력한 모델을 제공하고 있다.

심리학과 사회학에서 관찰되는 동물모델은 흔히 행동의 동물모델이라고 불린다.환자의 우울증 증상을 완벽하게 재현한 동물 모델을 만들기는 어렵다.우울증은 다른 정신질환과 마찬가지로 동물에서 독립적으로 재생산하고 평가할 수 있는 자궁내막염으로[79] 구성된다.이상적인 동물 모델은 우울증을 초래할 수 있는 분자, 유전적, 후생유전적 요인을 이해할 수 있는 기회를 제공한다.동물 모델을 사용함으로써, 근본적인 분자 변형과 유전적 또는 환경적 변화 및 우울증 사이의 인과 관계를 조사할 수 있으며, 이는 우울증의 병리학에 대한 더 나은 통찰력을 제공할 수 있을 것이다.게다가 우울증에 대한 새로운 치료법을 식별하기 위해서는 우울증의 동물 모델이 필수적이다.[80][81]

중요한 모델 유기체

참고 항목:모형 유기체 목록

모델 유기체는 바이러스뿐만 아니라 생명의 세 영역 모두에서 추출된다.가장 널리 연구되고 있는 원핵 모델 유기체는 대장균(Echerichia, 대장균)으로, 60년 넘게 집중적으로 조사되어 왔다.그것은 실험실에서 쉽고 저렴하게 배양되고 재배될 수 있는 흔한 그램 음성 내장 박테리아다.분자유전학에서 가장 널리 사용되는 유기체로서, 재조합 DNA로 대부분의 작업의 숙주 유기체 역할을 해 온 생명공학과 미생물학 분야에서 중요한 종이다.[82]

간단한 모델 eukaryotes에는 제빵사의 효모(Saccharomyces serebisiae)와 핵분열 효모(Schizosaccharomyces pombe)가 있는데, 둘 다 인간의 것을 포함하여 더 높은 세포와 많은 문자를 공유한다.예를 들어, 암의 발병에 중요한 많은 세포 분열 유전자가 효모에서 발견되었다.클라미도모나스 라인하르티(Chlamydomonas reinhardtii)는 유전학적으로 잘 연구된 단세포 녹색 알가로서 광합성과 운동성을 연구하는데 사용된다.C. reinhardtii는 알려져 있고 매핑된 돌연변이와 표현된 시퀀스 태그를 많이 가지고 있으며, 유전자 변형과 유전자 선택을 위한 진보된 방법이 있다.[83]디스코스텔륨 디스코이드는 분자생물학과 유전학에서 사용되며 세포통신, 분화, 프로그래밍된 세포사멸의 예로 연구된다.

실험용 생쥐, 의학 연구에 널리 사용된다.

무척추동물 중에서도 초파리 드로필라 멜라노가스터는 토마스 헌트 모건 등의 유전학 실험 대상으로 유명하다.그것들은 연구실에서 쉽게 길러지며, 빠른 세대, 높은 다산성, 염색체 수가 적고, 쉽게 관찰 가능한 돌연변이를 유도한다.[84]선충은 발달과 생리학의 유전적 통제를 이해하는 데 사용된다.1963년 시드니 브레너에 의해 뉴런 발달의 모델로 처음 제안되었고, 이후 여러 가지 다양한 맥락에서 광범위하게 사용되고 있다.[85][86]씨엘레건은 게놈 서열이 완전히 끝난 최초의 다세포 유기체였으며, 2012년 현재 코넥텀(신체 "배선도")을 완성한 유일한 유기체였다.[87][88]

아라비도시스 탈리아나는 현재 가장 인기 있는 모델 식물이다.작은 키와 짧은 생성 시간은 빠른 유전자 연구를 용이하게 하며,[89] 많은 표현형 돌연변이와 생화학 돌연변이가 지도화되었다.[89]탈리아나는 게놈 서열을 정리한 첫 번째 식물이었다.[89]

척추동물 중 기니피그(Cavia porcellus)는 로버트 코흐를 비롯한 초기 세균학자들이 세균감염의 숙주로 사용하면서 '실험동물'의 대명사가 되었지만 오늘날에는 흔하게 쓰이지 않고 있다.고전적인 모델 척추동물은 현재 마우스(Muss musculus)이다.신체 크기, 비만, 근력 및 자발적인 바퀴달리기 행동과 같은 특정한 특징에 대해 선택된 선뿐만 아니라 많은 내재된 균주가 존재한다.[90]쥐(Rattus norveygus)는 특히 독성학 모델로서, 신경학적 모델과 1차 세포 배양균의 근원으로서, 쥐에 상대적인 장기 및 하위 기관 구조의 더 큰 크기 때문에, 제노푸스 열대성 및 제노푸스 레비스(아프리카 발톱 개구리)의 난자와 배아가 발달 생물학에서 사용된다.세포 생물학, 독성학, 신경 과학.[91][92]마찬가지로, 제브라피쉬(다니오 레리오)는 초기 발달 동안 거의 투명한 몸을 가지고 있는데, 이것은 이 기간 동안 동물의 내부 해부학에 대한 독특한 시각적 접근을 제공한다.제브라피쉬는 개발, 독성학 및 독성병리학,[93] 특정 유전자 기능 및 신호 경로의 역할을 연구하는 데 사용된다.

다른 중요한 모델 유기체와 그 사용의 일부는 다음과 같다.T4파지(바이러스 감염), 테트라 하이 메나 thermophila(과정을 세포 내), 옥수수(transposons), hydras(재생 그리고 morphogenesis)[94]미티(신경 생리학),(개발), 개,(호흡기 질환, 심혈관 시스템)Nothobranchiusfurzeri(노화)[95]와 한 붉은 털 원숭이와 침팬지 같은 비인간 영장류(hepatiti 지사.s, HIV,파킨슨병, 인지, 백신).

선택된 모형 유기체

아래의 유기체들은 특정한 등장인물에 대한 연구를 용이하게 하거나 그들의 유전적 접근성 때문에 모범적인 유기체가 되었다.예를 들어 대장균은 변형이나 유전자 조작과 같은 유전적 기술이 발달한 최초의 유기체 중 하나였다.

미토콘드리아/클로로플라스틱 게놈을 포함한 모든 모델종의 게놈의 염기서열이 결정되었다.모델 유기체 데이터베이스는 연구자에게 시퀀스(DNA, RNA 또는 단백질)를 다운로드하거나 특정 유전자에 대한 기능 정보(예: 유전자 생산물의 세포하 국산화 또는 생리학적 역할)에 접근할 수 있는 포털을 제공하기 위해 존재한다.

모델 유기체 공용명 비공식구분 사용법(예시)
바이러스 Phi X 174 φX174 바이러스 진화[96]
원핵생물 대장균 콜리 박테리아 박테리아 유전학, 신진대사
진핵생물, 단세포 디스코스텔륨 아메바 면역학, 호스트와 병원체의 상호작용[97]
사카로마이오스 세레비시아아과 양조 효모
베이커 효모		 효모 세포 분열, 오르가넬 등
정신분열체 포메 핵분열 효모 효모 세포 주기, 사이토카인시스, 염색체 생물학, 텔로미어, DNA 대사, 사이토스켈레톤 조직, 산업 응용[98][99]
클라미도모나스 라인하르티 녹조류 수소 생산[100]
테트라히메나 열포밀라, T. 피리포르미스 칠리테 교육,[101] 생물 의학 연구[102]
에밀리아 헉슬리 플랑크톤 표면 해수 온도[103]
식물 아라비도피스탈리아나 탈레 크레스 꽃식물 인구유전학[104]
물리코미트렐라 패틴스 흙막이를 펼치다 이끼 분자 농업[105]
푸르푸스 트리코카르파 발삼 인기 나무 가뭄 내성, 리긴 생합성, 목재 형성, 식물 생물학, 형태학, 유전학 및 생태학[106]
동물, 비언버브레이트 새너하브디트 엘레강아지 네마토드, 회충 웜 차별화, 발전
드로소필라 멜라노가스터 초파리 곤충 발달 생물학, 인간의 뇌 퇴행성 질환[107][108]
칼로소브루쿠스 매쿨라투스 카우페아 웨빌 곤충 발달 생물학
동물, 척추동물 다니오 레리오 제브라피쉬 물고기 배아 발달
이단백질 뭄미초크 물고기 행동에 대한 호르몬의 영향[109]
노토브란치우스 페르세리 청록색 킬리피시 물고기 노화, 질병, 진화
오리자스 라티프스 일본쌀고기 물고기 어류 생물학, 성 결정학[110]
아놀리스 카롤리넨시스 캐롤리나 아놀 파충류 파충류 생물학, 진화
무스 무스쿨루스 집쥐 포유류 인간을 위한 질병 모델
갈루스 갈루스 붉은 정글새 새 발생학적 발달과 유기생성
태니오피지아 카스타노티스 오스트레일리아 얼룩말 지느러미 새 성악학, 신경생물학[111]
크세노푸스 레비스
제노푸스열대[112] 		아프리카발톱개구리
서양발톱개구리		 양서류 배아 발달

제한 사항

쥐와 생쥐와 같은 생물의학 연구에서 시험 대상 역할을 하는 많은 동물 모델들은 선택적으로 좌식성, 비만, 포도당 과민증일 수 있다.이것은 식이 에너지 섭취와 운동에 의해 영향을 받을 수 있기 때문에 인간의 신진대사 과정과 질병을 모형화하기 위한 그들의 사용을 혼동시킬 수 있다.[113]마찬가지로, 유전체 기능의 기본 원리는 동일할 수 있지만,[114][115][116] 모델 유기체의 면역 체계와 자극에 대한 반응의 현저한 변화를 초래하는 인간 사이에는 차이가 있다.[116]표준 실험실 우리 내부의 피폐한 환경은 연구동물이 정신적, 육체적으로 도전하는 것을 건강한 정서적 발달을 위해 필요하다는 것을 부정한다.[117]일상적인 다양성, 위험과 보상, 복잡한 환경 등이 없는 상황에서 동물 모델은 인간 경험의 무관한 모델이라는 주장도 나왔다.[118]

생쥐는 여러 면역 특성에서 인간과 다르다: 생쥐는 인간보다 일부 독소에 더 강한 내성을 가지고 있고, 혈액 내 총 중성미 분율이 낮고, 중성미 효소 용량이 낮고, 보완 시스템의 활성도가 낮으며, 염증 과정에 관여하는 다른 펜트락신들의 유전자가 부족하다.IL-8, IL-37, TLR10, ICAM-3 등과 같은 면역 체계.[119]특정-병원성 무균(SPF) 조건에서 사육되는 실험실 생쥐는 대개 기억 T세포의 결손과 함께 다소 미성숙한 면역체계를 가지고 있다.이 쥐들은 면역 체계와 병리학적 조건의 발달에 직접적으로 영향을 미치는 미생물들의 다양성이 제한적일 수 있다.더욱이 지속적인 바이러스 감염(예: 헤르페스바이루스)은 인간에게 활성화되지만 SPF 생쥐에서는 활성화되지 않으며, 패혈성 합병증을 동반하며 박테리아 동전에 대한 내성을 변화시킬 수 있다."더러운" 생쥐는 아마도 인간의 병리학을 흉내내기에 더 적합할 것이다.또한 인브레드 생쥐 변종은 압도적으로 많은 연구에서 이용되고 있는 반면, 인간 모집단은 이질적인데 반해, 스트레인 간 잡종, 우량, 비선형 생쥐에서의 연구의 중요성을 지적하고 있다.[120]

의도하지 않은 편견

일부 연구에서는 동물 실험에서 불충분한 발표된 데이터가 공개 논문에서 실험이 어떻게 수행되는지에 대한 세부사항을 누락하거나 편견을 초래할 수 있는 시험의 차이와 함께 재생산 불가능한 연구를 초래할 수 있다고 제안한다.숨겨진 편견의 예로는 캐나다 몬트리올에 있는 맥길 대학의 2014년 연구를 들 수 있는데, 이 연구는 여성이 아닌 남성이 취급하는 쥐가 더 높은 스트레스 수준을 보였다는 것을 보여준다.[121][122][123]2016년의 또 다른 연구는 쥐의 내장 마이크로바이옴이 과학 연구에 영향을 미칠 수 있다고 제안했다.[124]

대안

동물 연구의 비용, 유지보수 및 상대적 비효율성뿐만 아니라 윤리적 우려는 질병 연구를 위한 대체 방법의 개발을 장려했다.세포 배양, 즉 체외 연구는 살아있는 세포의 생리를 보존하는 대안을 제공하지만, 기계론적 연구를 위해 동물의 희생을 요구하지는 않는다.인간적이고 설득력 있는 전지전능한 줄기세포는 또한 암과 세포 재생을 위한 새로운 메커니즘을 설명할 수 있다.영상 연구(MRI 또는 PET 스캔 등)는 인간 피험자의 비침습적 연구를 가능하게 한다.최근의 유전학과 유전체학의 발전은 질병과 관련된 유전자를 확인할 수 있으며, 이것은 치료법의 표적이 될 수 있다.

많은 생물의학 연구자들은 질병 병리학이나 치료법에서 복잡한 상호작용을 연구할 때 살아있는 유기체를 대체할 수 없다고 주장한다.[125][126]

윤리학

적어도 1822년 영국 및 인도 지식인들의 압력에 의해 영국 의회가 소에 대한 잔인성을 방지하는 동물보호법을 제1차 제정했을 때 연구에서의 동물 윤리적 사용에 대한 논쟁은 시작되었다.[127]이것은 동물 학대법이 1835년과 1849년에 이어 시행되었는데, 이 법은 동물을 학대하고, 운전을 과도하게 하고, 고문하는 것을 범죄로 규정하였다.1876년, 미국 동물보호협회의 압력에 따라, 동물학대법이 개정되어, 연구에 동물의 사용을 규제하는 규정을 포함시켰다.이 새로운 법은 1) 지시나 인간의 생명을 구하거나 연장하기 위해 반드시 필요한 실험이 증명되어야 하며, 2) 동물은 적절하게 마취되어야 하며, 3) 실험이 끝나자마자 동물을 죽여야 한다고 규정하였다.오늘날, 이 세 가지 원칙은 동물과 연구의 사용을 지배하는 법과 지침의 중심이다.미국에서는 1970년 동물복지법(실험실 동물복지법 참조)이 연구에서의 동물 사용과 돌봄에 관한 기준을 정했다.이 법은 AFPIS의 동물보호 프로그램에 의해 시행된다.[128]

동물 연구에 NIH 자금후원이 사용되는 학문적 환경에서, 기관은 NIH 연구소의 동물복지국(OLAW)에 의해 관리된다.각 현장에서 OLAUC 지침과 표준은 기관 동물 보호 및 사용 위원회(IACUC)라는 지역 검토 위원회에 의해 유지된다.살아있는 동물과 관련된 모든 실험실 실험은 본 위원회의 검토와 승인을 받는다.실험자들은 인간 건강에 대한 유익성, 고통과 괴로움의 최소화, 시기적절하고 인간적인 안락사의 가능성을 증명하는 것 외에도, 대체, 감소 및 정교함의 원칙에 기초하여 그들의 프로토콜을 정당화해야 한다.[129]

"대체"란 동물 사용에 대한 대안을 모색하기 위한 노력을 말한다.여기에는 컴퓨터 모델, 무생물 조직 및 세포의 사용, "고차순" 동물(원숭이와 포유류)을 가능한 한 "저차순" 동물(예: 냉혈동물, 무척추동물, 박테리아)으로 대체하는 것이 포함된다.[130]

"감축"이란 실험 과정에서 사용되는 동물의 수를 최소화하기 위한 노력과 더불어 이전 실험의 불필요한 복제를 방지하는 것을 말한다.이 요건을 충족하기 위해 통계적 힘의 수학적인 계산을 사용하여 통계적으로 유의한 실험 결과를 얻기 위해 사용할 수 있는 최소 동물 수를 결정한다.

'부정'이란 실험설계를 각 동물 주체의 고통을 최소화하기 위해 최대한 무통·효율적으로 만드는 노력을 말한다.

참고 항목

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외부 링크