Гнотобиоз
Гнотобиоз (от греческих корней гностил «известные» и биос «жизнь») относится к инженерному состоянию организма , все формы жизни (то есть микроорганизмы ), включая ее микробиоту . в котором были идентифицированы [ 1 ] Термин гнотобиотический организм, или гнотобиот, может ссылаться на модельный организм , который колонизируется конкретным сообществом известных микроорганизмов (изобиотического или определенного животного флоры) или не содержит микроорганизмов ( без зародышевых ), часто для экспериментальных целей. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] Изучение гнотобиоза и генерации различных типов гнотобиотических модельных организмов в качестве инструментов для изучения взаимодействия между организмами хозяина и микроорганизмов называется гнотобиология. [ 2 ]
История
[ редактировать ]Концепция и область гнотобиологии были рождены в дебатах между Луи Пастером и Марсели Ненки в конце 19 -го века, в которой Пастер утверждал, что жизнь животных нуждается в бактериях, чтобы преуспеть, в то время как Ненки утверждал, что животные будут более здоровыми без бактерий,, как бактерии, нуждаются в бактериях. [ 2 ] Но только в 1960 году была сформирована ассоциация гнотобиотиков. [ 4 ] Ранние попытки в гнотобиологии были ограничены неадекватным оборудованием и знаниями о питании, однако, достижения в области пищевых наук , анатомии и физиологии животных , а также иммунология позволили улучшить гнотобиотические технологии. [ 6 ]
Методы
[ редактировать ]Местные свинки были первой моделью животных без микробов, описанной в 1896 году Джорджем Наттоллом и Гансом Тьерфельдером , создавая методы, все еще используемые сегодня в гнотобиологии. [ 7 ] Ранние методы поддержания стерильной среды включали в себя стерильные стеклянные банки и перчатки , которые превратились в разговор, окружающий однородность методов в этой области на симпозиуме 1939 года о микроргических и безропотениях в Университете Нотр-Дам. [ 4 ] Многие ранние (1930-1950 лет) достижения в области гнотобиологии были получены из Университета Нотр-Дам , Университета Лунда и Университета Нагоя . [ 7 ] [ 8 ] Лаборатории бактериологии в Университете Нотр -Дам (известный как Лобунд) были основаны Джоном Дж. Кавано и цитируются для того, чтобы сделать некоторые из наиболее заметных достижений в области исследований гнотобиотиков. [ 7 ] [ 8 ] Под руководством Джеймса А. Рейньера ранней работы в доле, сосредоточенной на получении гнотобиотов путем стерилизации животных и поддержания животных с использованием изоляторов паровой стерилизованной стали высокого давления; Тем не менее, позже работа в институте сместила центр сведения в направлении создания колоний животных, рожденных без зародышевых, без зародышевых. [ 4 ] Первая колония без микробов была получена и сохранилась с использованием паровой стерилизованного изолятора в 1946 году шведским ученом Бенгтом Густафссоном. [ 6 ] Изоляторы гибких пленок с использованием паров из перукатной кислоты для стерилизации начали развиваться в 1950 -х годах. [ 4 ] Созданные методы стерилизации и производственные изменения от доли значительно снижали размер и стоимость изоляторов, что делает исследования гнотобиотических исследований более доступными. [ 7 ] [ 8 ] После многочисленных достижений в области гнотобиотических исследований и технологий основными проблемами, стоящими перед исследованиями гнотобиотических исследований, являются требования к стоимости, пространству, эффективности и оперативной процедуре. [ 7 ] В 2015 году затраты на поддержание гнотобиотических клеток мышей были выше, чем в 4 раза больше, чем затраты на поддержание стоимости не-гнотобиотических мышей, создавая задачу для создания и поддержания средств с использованием типичных источников финансирования, таких как федеральные гранты из таких учреждений, как NIH . [ 7 ]
Приложения
[ редактировать ]Раннее внимание в области гнотобиологии было доказать, что организм может жить в отсутствие микроорганизмов, что в конечном итоге привело к развитию гнотобиотических организмов в качестве инструмента для исследований. [ 5 ] Между 1950-х и 1970-х годами модели без микробов использовались для изучения влияния отсутствия бактерий на метаболизм организма хозяина и физиологию, которые впоследствии превратились в намеренно инфицирование организмов без зародыше Биомедицинское поле . [ 9 ] В начале 1970 -х годов гнотобиоты использовались для изучения роли микроорганизмов в приобретении питания хозяина и иммунном ответе; Тем не менее, это было ограничено, потому что у животных, выращиваемых в гнотобиотической колонии, часто имеют плохо развитые иммунные системы, более низкий сердечный выброс и тонкие стенки кишечника, которые делают их очень восприимчивыми к инфекционным патогенам. [ 10 ] [ 11 ] После начала 1970-х годов гнотобиотические исследования уменьшились до середины 1980-х годов. [ 7 ] В течение 21 -го века гнотобиотические модельные системы стали важным инструментом для исследования взаимодействия между организмами хозяина и их комменсальной микробиотой, поскольку они позволяют исследователям исследовать конкретные микробы в высококонтролируемой системе хозяина. [ 12 ] Исторически мышиные модели использовались для изучения воздействия композиции микробиоты (которую присутствуют микроорганизмы) на иммунную систему хозяина , нервную систему , метаболизм и физиологию; Тем не менее, растущий интерес к этой области привел к включению других модельных организмов для решения более широкого разнообразия вопросов, касающихся этих тем. [ 3 ]
Животные
[ редактировать ]Гнотобиотическое животное (гнотобиот) - это животное, в котором все микроорганизмы, взаимодействующие с ним, известны и контролируются. [ 13 ] Гнотобиотические животные, как правило, рождаются в асептических условиях, которые могут включать удаление из матери кесаревым сечением , за которым следует немедленная передача новорожденного в изолятор, где весь входящий воздух, пища и вода стерилизуются. [ 10 ] Гнотобиоты обычно поднимаются в стерильной лабораторной среде и лишь намеренно подвергаются воздействию микроорганизмов, представляющих интерес для исследователей. [ 5 ] Мыши и крысы являются распространенными гнотобиотическими животными, используемыми в исследованиях, но другие примеры важных гнотобиотов включают Caenorhabditis elegans ( C. elegans ) , Drosophila melanogaster ( D. melanogaster ) , рыбок данио и поросят. [ 3 ] Гнотобиоты используются в качестве контролируемой среды для изучения анатомии и физиологии хозяина, специфических симбиотических взаимодействий между хозяином и специфическими микроорганизмами, а также воздействие химических веществ на хозяин и ее микробиоту. [ 9 ]
Млекопитающие
[ редактировать ]Грызуны (в основном мыши и крысы) являются наиболее распространенными модельными системами млекопитающих , используемыми для изучения гнотобиоза, и широко используются для изучения здоровья человека, связанных с кишечником и взаимодействиями между микроорганизмами и их хозяином; Тем не менее, недавно наблюдается рост использования гнотобиотических мышей для изучения взаимодействия между различными микроорганизмами (взаимодействие микробового микроба) в кишечнике. [ 5 ] [ 14 ] Гуманизированные гнотобиотические мыши или гнотобиотические мыши, введенные в кишечные микроорганизмы человека с помощью трансплантации микробиоты фекальной микробиоты с фекалиями человека, используются в контексте изучения кишечной микробиоты и их взаимосвязи с раком хозяина , иммунной системой и питанием. [ 15 ] Некоторые преимущества гнотобиотических мышей и систем крыс включают в себя однородность организма, историческую распространенность и установленные системы, специфичные для системы, а также способность получать надежные гнотобиотические мыши и крысы коммерчески. [ 5 ]
Рыба
[ редактировать ]Гнотобиотические рыбы использовались в качестве модельного организма для здоровья человека; [ 3 ] [ 7 ] Тем не менее, повышенный интерес к аквакультуре для устойчивого производства продуктов питания привел к увеличению распространенности исследований гнотобиотических исследований, ориентированных на максимизацию производства и поддержание здорового населения в неволе. [ 16 ] Большая часть исследований по -прежнему проводится только на нескольких видах рыб, таких как рыба -зебра. [ 7 ] [ 16 ] Некоторые из преимуществ гнотобиотических рыбных систем включают большое количество потомков на событие размножения в сочетании с временем быстрого поколения и яйцами, которые можно дезинфицировать. [ 7 ] [ 16 ]
Растения
[ редактировать ]Гнотобиотические растения - это растения, которые либо выращиваются без присутствующих микроорганизмов (асептических, аксенических или стерильных), либо выращиваются в присутствии одного (моноксинового) или более одного (поликенического) известного микроорганизма. [ 17 ] Для получения гнотобиотических растений исследователи стерилизуют семена, используя химические агенты (например, этанол , гипохлорит натрия (отбеливатель), перекись водорода ) на поверхности семян. [ 17 ] Широкий спектр растений был использован для создания гнотобиотических систем, таких как Arabidopsis Thaliana , арахис , овес , кукуруза и многие другие. [ 17 ] Подобно животным, гнотобиотические растительные системы использовались для изучения интегральных компонентов физиологии хозяина (например, фиксация азота ), [ 5 ] а также патогенные и симбиотические взаимодействия между растениями и микроорганизмом. [ 17 ]
Смотрите также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Basic M, Bleich A (июнь 2019 г.). «Гнотобиотики: прошлое, настоящее и будущее». Лабораторные животные . 53 (3): 232–243. doi : 10.1177/0023677219836715 . PMID 31096878 . S2CID 157056547 .
- ^ Jump up to: а беременный в Basic M, Bleich A (2018). «Гнотобиология». Микробиом кишечника в здоровье и болезнях . Cham: Springer International Publishing. С. 341–356. doi : 10.1007/978-3-319-90545-7_21 . ISBN 978-3-319-90544-0 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый Alper A, Anestidou L, Ogilvie J (2018). Животные модели для исследования микробиомов: продвижение базовой и трансляционной науки: Материалы семинара . Вашингтон, округ Колумбия: Инжиниринг и медицина. Отделение по земле и изучение жизни Национальные академии наук, Институт лабораторных исследований животных. Круглый стол в области науки и благосостояния в лабораторном использовании животных. С. 1–2, 7–13. ISBN 978-0-309-46389-8 Полем OCLC 1034579585 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и Trexler PC, Orcutt RP (1999). «Глава 16: Развитие гнотобиотиков и контроля загрязнения в лабораторных науке о животных». 50 лет лабораторной науки о животных . Мемфис, Теннесси: Американская ассоциация лабораторных наук о животных. С. 121–128. OCLC 42912592 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон Гордон Х., Пести Л (декабрь 1971 г.). «Гнотобиотическое животное как инструмент в изучении микробных отношений хозяина» . Бактериологические обзоры . 35 (4): 390–429. doi : 10.1128/br.35.4.390-429.1971 . PMC 378408 . PMID 4945725 .
- ^ Jump up to: а беременный QV L, Yang Z, Yao M, Mao S, Li Y, Zhang J, Li L (2020). «Методы создания и поддержания моделей крыс без микробов» . Границы в микробиологии . 11 : 1148. doi : 10.3389/fmicb.2020.01148 . PMC 7326071 . PMID 32670216 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон глин час я Дж Шеб Тр, Гнотобити Лондон ISBN 978-0-12-804583-1 Полем OCLC 1015915010 .
{{cite book}}: CS1 Maint: местоположение отсутствует издатель ( ссылка ) - ^ Jump up to: а беременный в Vowles CJ, Anderson NE, благосостояние вас (5 января 2016 г.). Гнотобиотическая мышь: иллюстрированное руководство Бока -Ратон. ISBN 978-1-4987-3633-6 Полем OCLC 924714283 .
{{cite book}}: CS1 Maint: местоположение отсутствует издатель ( ссылка ) - ^ Jump up to: а беременный Wostmann BS (1996). Модели Germfree и Gnotobiotic Animal: фон и применение . Boca Raton: CRC Press. ISBN 0-8493-4008-х Полем OCLC 34120981 .
- ^ Jump up to: а беременный Фостер, Джон У.; Слончевский, Джоан Л. (2009). Микробиология, развивающаяся наука . WW Norton. п. 871. ISBN 978-0-393-93447-2 .
- ^ Компания меня (октябрь 1975 г.). «Гнотобиотические животные в исследованиях: их использование и ограничения». Лабораторные животные . 9 (4): 275–282. doi : 10.1258/002367775780957296 . PMID 1107656 . S2CID 12160836 .
- ^ Tlaskalova-Hogenova H, Kverka M, Verdu EF, Wells JM (2015). «Гнотобиология и изучение сложных взаимодействий между кишечной микробиотой, пробиотиками и хозяином». Слизистая иммунология . Elsevier. С. 109–133. doi : 10.1016/b978-0-12-415847-4.00008-2 . ISBN 9780124158474 .
- ^ Williams SC (февраль 2014 г.). «Гнотобиотики» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 111 (5): 1661. Bibcode : 2014pnas..111.1661W . doi : 10.1073/pnas.1324049111 . PMC 3918800 . PMID 24497491 .
- ^ Мартин Р., Бермудес-Хумаран Л.Г., Ланджелла П. (2016). «Гнотобиотические грызуны: модель in vivo для изучения взаимодействия микробового микроба» . Границы в микробиологии . 7 : 409. doi : 10.3389/fmicb.2016.00409 . PMC 4814450 . PMID 27065973 .
- ^ Парк JC, Im SH (сентябрь 2020 г.). «Мужчин у мышей: разработка и применение гуманизированной модели гнотобиотической мыши для микробиома терапии» . Экспериментальная и молекулярная медицина . 52 (9): 1383–1396. doi : 10.1038/s12276-020-0473-2 . PMC 8080820 . PMID 32908211 .
- ^ Jump up to: а беременный в Чжан М., Шан С., Тан Ф., Лимбу С.М., Чен Л, Ду Зи (февраль 2020 г.). «Гнотобиотические модели: мощные инструменты для глубокого понимания кишечного микробиота-хоста взаимодействия в аквакультуре». Аквакультура . 517 : 734800. DOI : 10.1016/j.aquaculture.2019.734800 . ISSN 0044-8486 . S2CID 212840256 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый Хейл М.Г., Линдси Д.Л., Хамид К.М. (1973). «Гнотобиотическая культура растений и связанных с ними исследований». Ботанический обзор . 39 (3): 261–273. doi : 10.1007/bf02860119 . ISSN 0006-8101 . JSTOR 4353854 . S2CID 25172204 .