悉生動物(Gnotobiotic Animals)也稱已知菌動物或已知菌叢動物(Anima with Known Bacterial Flora),是指用與無菌動物相同的方法取得飼養(yǎng)(剖腹取胎,在隔離器內(nèi)飼養(yǎng))、但明確的物體內(nèi)所給予的已知微生物的動物,即凡含有已知的單菌(Monoxenie)、雙菌(Dixenie)、三菌(Trixenie)或多菌(Polyxenie)的動物。一般是將1~3種已知的微生物人工接種于無菌動物體內(nèi)定居,無菌動物接種一種已各菌就是單菌動物,以此類推。由于此種動物和無菌動物一樣是放在無菌隔離器內(nèi)飼養(yǎng)的,因此選用此種動物作實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性是很高的,可排除動物體內(nèi)帶有的各種不明確的微生物對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾,常用于研究微生物和宿主動物之間的關(guān)系,并可按研究目的來選擇某種微生物。
悉生動物是使特定的微生物定居于無菌動物的動物,可以說是一種動物與微生物的復(fù)合體,也飼養(yǎng)于隔離器中,飼養(yǎng)方法與無菌動物相同。由于這種動物是有菌的,所以隔離器內(nèi)也有這種微生物的存在。
隨著科學(xué)的發(fā)展,向?qū)嶒?yàn)動物提出了更高的要求,就是如何消除實(shí)驗(yàn)動物自身疾病對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾,實(shí)驗(yàn)證明:除了剖腹產(chǎn)所獲得的仔畜,飼養(yǎng)在嚴(yán)格的無菌隔離屏障內(nèi),沒有另外的辦法可以消除實(shí)驗(yàn)動物本身所帶的傳染性疾患,從而使無菌隔離技術(shù)的應(yīng)用,從研究微生物與宿主之間的相互依存關(guān)系。推廣到高質(zhì)量實(shí)驗(yàn)動物的生產(chǎn)。
悉生動物大規(guī)模地生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)研究的各個領(lǐng)域,取得了普通動物實(shí)驗(yàn)所無法發(fā)現(xiàn)的豐碩成果,這就豐富了無菌動物的研究內(nèi)容,F(xiàn)在已把無菌動物、單菌動物、雙菌動物、多菌動物和特殊病原體動物總稱為悉生動物。近二十年來是無菌動物研究的飛躍發(fā)展階段,形成了跨越生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、獸醫(yī)學(xué)的新興學(xué)科一悉生生物學(xué)(Gnotobiology),它是以無菌隔離技術(shù)提供的各種動物為實(shí)驗(yàn)對象,研究實(shí)驗(yàn)動物本身以及各種動物特別是動物與微生物之間相互依存和制約關(guān)系。
悉動物的發(fā)展歷史與無菌動物發(fā)展一樣,是隨著無菌動物的發(fā)展而發(fā)展的。無菌動物發(fā)展的要事年表列于表6-3。
悉生動物學(xué)的發(fā)展,大大促進(jìn)了生物醫(yī)學(xué)研究的發(fā)展。國際悉生生物學(xué)討論會已召開過七次,1981年6月29日至7月3日,在日本東京召開了第七次國際悉生生物學(xué)討論會,我國第一次派出了由中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院人中組成的代表團(tuán)出席了會議。標(biāo)志著我國悉生生物學(xué)的興起和發(fā)展。
悉生動物已在生物醫(yī)學(xué)的各個領(lǐng)域中得到了應(yīng)用,取得了豐碩的成果?蒲泄ぷ髡呖筛鶕(jù)實(shí)驗(yàn)研究的需要,將無菌動物所培育的仔鼠于其斷奶前后,有目的地喂給單一的或多種的細(xì)菌,再來觀察這些細(xì)菌對機(jī)體的作用。
悉生動物應(yīng)用在許多微生物學(xué)研究上是一個突出的例子。只有選用悉生動物,才有可能了解到單一微生物和抗體之間的關(guān)系。多種微生物存在于同一機(jī)體內(nèi),可以觀察微生物與微生物之間及機(jī)體之間相互關(guān)系和菌群失調(diào)的現(xiàn)象。當(dāng)對某種悉生物施于物理、化學(xué)等其它致病因子時則可觀察機(jī)體、微生物、致病因子三方面相互作用關(guān)系。
表6-3 無菌動物發(fā)展的要事年表
年 | 學(xué)者姓名 | 項(xiàng)目 |
1895 | Schottellius | 倡議應(yīng)用豚鼠培育無菌動物,但未獲成功。 |
1895 | Nuital,Thierfelder | 以無菌牛奶喝養(yǎng)經(jīng)剖腹產(chǎn)獲得的豚鼠仔畜成活達(dá)10天。 |
1895 | Kijanizin | 試圖在無菌代謝籠內(nèi)養(yǎng)育無菌兔,未成功。 |
1899 | Schottellius | 將雞在無菌條件下養(yǎng)活17天。 |
1902 | Schottellius | 又將無菌雞養(yǎng)活到30天。 |
1908 | Cohendy | 育成無菌雞,且生長情況良好。 |
1912 | Kuster | 育成無菌雞。 |
1913 | Kuster | 在柏林大學(xué)養(yǎng)育了1只無菌羊。 |
1914 | Cohendy,Wallman | 把無菌豚鼠養(yǎng)活到29天。 |
1922 | Cohendy,Wallman | 使用無菌豚鼠做感染病毒的短期試驗(yàn)。 |
1922 | Baeot,Harden | 發(fā)現(xiàn)無菌蠅蛆必須飼喂B族維生素才正常生長。 |
1928 | Glimstedt | 在瑞共Lund大學(xué)開始做無菌動物研究。 |
1928 | Reyniers | 在美國圣母大學(xué)創(chuàng)造了不銹鋼制無菌隔離器。 |
1929 | Matsumura | 在日本千葉大學(xué)開始無菌動物研究。 |
1930 | Reyniers | 在美國Notre Dame大學(xué)作無菌動物研究。 |
1932 | Glimstedt | 發(fā)表關(guān)于無菌豚鼠工作的初步報告。 |
1932 | Reyniers | 獲得無菌豚鼠。 |
1933 | Glimstedt | 無菌豚鼠能生存5-30天。 |
1942 | Reyniers | 無菌猴的試驗(yàn)報告。 |
1943 | Reyniers Trexler | 獲得無菌大鼠、兔、小鼠和雞。 |
1943 | Reyniers | 制成新型不銹鋼大型無菌隔離器。 |
1946 | Glimstedt | 獲得無菌狗。 |
1948 | Reyniers,Guistafsson | 無菌大白鼠繁殖群培育成功。 |
1957 | Trexler和Reyniers | 試制成塑料薄膜無菌隔離器養(yǎng)育無菌動物。 |
1959 | Pleasant | 育成了小鼠、家兔、豚鼠、雞、貓、羊、狗等無菌動物。 |
1960 | Whitenair等 | 在美國Michigan大學(xué)獸醫(yī)學(xué)院,使用塑料隔離器開始研究養(yǎng)育無菌豬和綿羊。 |
1969 | Bleby | 52667788.cn育成無菌貓 |
悉生動物可以彌補(bǔ)無菌動物的某些缺點(diǎn)。無菌動物抵抗力很弱,飼養(yǎng)管理的難度大。使無菌動物感www.med126.com染某種細(xì)菌后(即成為悉生動物)其抵抗力明顯增強(qiáng)。所感染的微生物寄生蟲的種類可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康男枰,因此適宜作某些特定的實(shí)驗(yàn),如在免疫學(xué)實(shí)驗(yàn)中,無菌動物不能發(fā)生遲發(fā)性過敏反應(yīng),而敏感一種大腸菌的悉生動物就可以發(fā)生了。
醫(yī)學(xué)研究中使用悉生動物的優(yōu)點(diǎn)見表6-4
由于悉生動物有上述優(yōu)點(diǎn),所以成功為當(dāng)前醫(yī)學(xué)研究中大力提倡使用的實(shí)驗(yàn)動物。開斯(R·Kissig)比較了使用各種動物的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,提出了在醫(yī)學(xué)研究中選擇實(shí)驗(yàn)動物的原則,可拱我們的研究工作中參考(見表6-5)。
悉生動物現(xiàn)在已成為醫(yī)學(xué)生物學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)。一些科學(xué)技術(shù)發(fā)達(dá)的國家一般都已成立了悉生動物學(xué)會,這是一個實(shí)驗(yàn)動物和實(shí)驗(yàn)動物技術(shù)在醫(yī)學(xué)生物各學(xué)科中應(yīng)用的協(xié)會。1979年在日本東京召開的第17次年會上報告的論文有:人和動物的骨髓移植;人類和實(shí)驗(yàn)動物腫瘤及其治療;免疫學(xué);病毒學(xué)和腫瘤疾病;營養(yǎng)、代謝和生理學(xué);菌叢和宿主抗力;悉生動物技術(shù);外科病人感染控制等十個方面。
表6-4 無菌動物、無特殊病原體動物和普通動物特點(diǎn)比較
實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 | 無菌動物 | 無特殊病原體動物 | 普通動物 |
傳染病 | 無 | 無 | 有或可能有 |
寄生蟲 | 無 | 無 | 有或可能有 |
實(shí)驗(yàn)結(jié)果 | 明確 | 明確 | 有疑問 |
應(yīng)用動物數(shù) | 少數(shù) | 少數(shù) | 多(或大量) |
統(tǒng)計價值 | 很好 | 可能好 | 不準(zhǔn)確 |
長期實(shí)驗(yàn) | 可能好 | 可能好 | 困難 |
自然死亡率 | 很少 | 少 | 高 |
長期實(shí)驗(yàn)存活率 | 約100% | 約90% | 約40% |
實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確設(shè)計 | 可能 | 可能 | 不可能 |
實(shí)驗(yàn)結(jié)果的討論價值 | 高 | 中 | 低 |
表6-5 醫(yī)學(xué)科學(xué)各研究領(lǐng)域應(yīng)用不同類型動物的選擇(摘自R·Kissig)
研究領(lǐng)域 | 不同類型的實(shí)驗(yàn)動物 | ||||||
無菌動物 | 悉生和無特殊病原動物 | 無傳染病和寄生蟲動物 | 普通動物 | ||||
短期實(shí)驗(yàn) | 長期實(shí)驗(yàn) | 短期實(shí)驗(yàn) | 長期實(shí)驗(yàn) | 短期實(shí)驗(yàn) | 長期實(shí)驗(yàn) | ||
老年學(xué) | + | + | - | - | × | ||
微生物學(xué) | + | + | + | + | - | - | × |
病毒學(xué) | + | + | - | - | - | × | |
腫瘤學(xué) | + | + | + | + | - | - | × |
免疫學(xué) | + | + | - | - | - | - | × |
藥理學(xué) | + | + | + | + | + | + | × |
生化學(xué) | + | + | + | + | + | - | × |
生理學(xué) | + | + | + | + | + | × | |
營養(yǎng)生理學(xué) | + | + | + | + | - | - | × |
遺傳學(xué) | + | + | + | ||||
病理學(xué) | + | + | + | + | + | ||
器官移植 | |||||||
實(shí)驗(yàn)外科學(xué) | + | + | + | + | - |
注“+”可能或必須用;“-”不可能或適用;“×”不用或不能用。
悉生動物和無菌動物一樣,均飼養(yǎng)在無菌隔離器中,飼養(yǎng)管理方法也與無菌動物相同。無菌動物由于腸道里沒有細(xì)菌,所以不能在腸內(nèi)合成機(jī)體所需要的某些維生素和氨基酸,而必須由日常的飼料中補(bǔ)給。無菌動物飼養(yǎng)管理困難,且生活能力較差。把對機(jī)體有益的若干種腸道細(xì)菌喂給無菌動物,使之在腸道內(nèi)定居,這就成為悉生動物。它遠(yuǎn)較無菌動物的生活能力強(qiáng)。飼養(yǎng)管理也比較容易,在多種研究試驗(yàn)中,可以代替無菌動物。
人工感染用的腸道細(xì)菌各國使用的不盡一致,它也受營養(yǎng)條件的制約。如日本使用大腸埃希氏桿菌(Escherichia Coli),表皮葡萄球菌(Stapbylococcus Epidermides,糞鏈球菌(Streptococcus Faecalis、脆弱似桿菌(Bacteroides Fragilis和乳桿菌(Lactobacillus sp.種。法國使用E.Coli (、白色葡萄菌(Staphylococcus Albus、糞鏈球菌、Sporulated Anaerubes(Genus Clostridium)和乳桿菌(五種。
悉生動物應(yīng)定期作微生物檢查,一方面檢查是否被污染,另方面檢查接種的微生物是否定居。對未能定居的菌株還應(yīng)補(bǔ)充接種。
用缺乏葉酸的飼料飼養(yǎng)無菌大鼠,則出現(xiàn)葉酸缺乏癥,但在悉生大鼠,則不出現(xiàn)癥狀。用缺乏維生素缺乏癥狀。試驗(yàn)證明,悉生小鼠的精子形成機(jī)能與通常動物無異,而無菌小鼠的形成能力較低。有的學(xué)者認(rèn)為微生物菌叢是育成期雌性小鼠性機(jī)能正常發(fā)育的重要因素。很多試驗(yàn)證明,悉生動物生活能力比無菌動物要強(qiáng),較易飼養(yǎng)。