悉生生物學(xué)學(xué)科介紹

?研究悉生生物 (gnotobiotes)是由悉生生物造成的悉生態(tài)(gnoto-biosis)的生物學(xué)分支學(xué)科。凡在某一生物體中沒有任何可檢出的其他生物，或者除少數(shù)棲息其中的已知生物外，不能再檢出其他生物的，稱為悉生生物。前者即所謂無菌生物，如培養(yǎng)的無菌藻類、在無菌條件下培育的不帶細(xì)菌或任何其他生物的小鼠等。如果將細(xì)菌如大腸桿菌，或其他生物如痢疾變形蟲，引入上述的無菌小鼠體內(nèi)，使小鼠和體內(nèi)的大腸桿菌或痢疾變形蟲共同生活，此時(shí)小鼠和大腸桿菌或和痢疾變形蟲之間的關(guān)系，無論是互利的或有害的，均形成一種悉生態(tài)，而小鼠、大腸桿菌和痢疾變形蟲也均屬悉生生物，即除這三種生物外，再無可檢出的其他生物參加這一悉生態(tài)。?

高等動(dòng)物體內(nèi)，包括人體內(nèi)，總棲息一些細(xì)菌和其他微生物。這些微生物群和寄主的關(guān)系以及它們彼此的關(guān)系十分錯(cuò)綜復(fù)雜。用這樣的動(dòng)物做生物學(xué)研究，例如，研究動(dòng)物的消化機(jī)能，或研究某一種細(xì)菌或寄生蟲對動(dòng)物的影響等,不能排除存在于動(dòng)物體內(nèi)微生物群的干擾,因而所得結(jié)論只能是有條件的。

只有使用悉生動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，才能得到準(zhǔn)確結(jié)論。例如，枯草桿菌(B.subtilis)對普通的雞無致病性，但對無菌的雞則能引起心臟損傷，甚至死亡;痢疾變形蟲能引起普通豚鼠阿米巴痢疾，但對無菌豚鼠卻無致病性;將痢疾變形蟲和枯草桿菌或產(chǎn)氣莢膜桿菌 (Clostridium perfringens)同時(shí)輸給無菌豚鼠，就可引起豚鼠發(fā)病。

由此可見，痢疾變形蟲對豚鼠本無致病性,只有在某些其他微生物作用下才有致病性。動(dòng)物體內(nèi)的共棲生物對動(dòng)物的代謝、生長發(fā)育起什么作用?寄主和它們?nèi)绾尉S持平衡以達(dá)到共存的關(guān)系?這些都是需要利用悉生生物學(xué)的手段育成無菌動(dòng)物，再利用無菌動(dòng)物制造悉生態(tài)來進(jìn)行研究的。

1899年M.肖特利烏斯培育了無菌雞，但僅活了17天，失敗的原因是飼料營養(yǎng)不足。

1912年，M.科恩迪經(jīng)一再改進(jìn)飼料，終于培養(yǎng)成功無菌雞。

60年代獲得無菌豬、羊和牛。1971年培育成功無菌馬。

悉生動(dòng)物的發(fā)展

隨著科學(xué)的發(fā)展，向?qū)嶒?yàn)動(dòng)物提出了更高的要求，就是如何消除實(shí)驗(yàn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)物的生產(chǎn)。

悉生動(dòng)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(gè)領(lǐng)域，取得了普通動(dòng)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(dòng)物的研究內(nèi)容。已把無菌動(dòng)物、單菌動(dòng)物、雙菌動(dòng)物、多菌動(dòng)物和特殊病原體動(dòng)物總稱為悉生動(dòng)物。近二十年來是無菌動(dòng)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--悉生生物學(xué)(Gnotobiology)，它是以無菌隔離技術(shù)提供的各種動(dòng)物為實(shí)驗(yàn)對象，研究實(shí)驗(yàn)動(dòng)物本身以及各種動(dòng)物特別是動(dòng)物與微生物之間相互依存和制約關(guān)系。

悉動(dòng)物的發(fā)展歷史與無菌動(dòng)物發(fā)展一樣，是隨著無菌動(dòng)物的發(fā)展而發(fā)展的。

悉生動(dòng)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，中國第一次派出了由中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院組成的代表團(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。

1885年，法國微生物學(xué)家L.巴斯德提出動(dòng)物的生存離不開腸道細(xì)菌的存在。這一意見在生物學(xué)

界引起了爭論。

1895年，柏林大學(xué)的G.H.F.納托爾和H.蒂爾費(fèi)爾特把剖腹生豚鼠放在無菌的玻璃罩內(nèi)飼養(yǎng)，喂滅菌牛奶，第八天處死豚鼠后檢查，腸道內(nèi)不存在細(xì)菌。無菌豚鼠是可以生存的，但必須喂以純動(dòng)物來源的飼料。

1899年M.肖特利烏斯培育了無菌雞，但僅活了17天，失敗的原因是飼料營養(yǎng)不足。

1912年，M.科恩迪經(jīng)一再改進(jìn)飼料，終于培養(yǎng)成功無菌雞。

1932年G.格利姆斯泰特培養(yǎng)無菌豚鼠獲得成功，隨著無菌操作和飼養(yǎng)技術(shù)的日趨完善，20世紀(jì)40年代，前后培育成功無菌的猴、大鼠、家兔、小鼠和狗。

60年代獲得無菌豬、羊和牛。1971年培育成功無菌馬。

無菌脊椎動(dòng)物的培育

飼養(yǎng)無菌動(dòng)物的環(huán)境必須是絕對沒有微生物以及其他可能感染動(dòng)物的生物。根據(jù)這個(gè)要求，

美國J.A.賴尼瑟在1943年用金屬材料制成能耐受高壓蒸氣滅菌的隔離器，隔離器上有玻璃觀察窗和操作橡皮手套，他用這種隔離器飼養(yǎng)出了無菌雞。1946年日本宮川為隔離器增設(shè)遙控的精密的機(jī)械手。1959年P(guān).C.特雷克斯勒使用無毒塑料薄膜制成無菌隔離器的主體部分。這種隔離器制造工藝較為簡單,易于觀察操作,造價(jià)僅為金屬制的幾十分之一，滅菌簡便。輸入無菌隔離器的空氣要經(jīng)過0.3微米的濾除率達(dá)99.97%以上的高效濾過器。排氣口亦同樣裝有高效濾過器，以免空氣逆流時(shí)帶入細(xì)菌。飼料、飲水和墊料都要經(jīng)過真空高壓或鈷60照射滅菌后輸入器內(nèi)。

培育無菌卵生動(dòng)物，如禽類，要從微生物傳染病最少的健康動(dòng)物群中,選擇未被糞便污染的受過精的蛋,并將蛋的表面徹底滅菌后送入無菌隔離器內(nèi)孵化育雛。

培育胎生動(dòng)物如哺乳類,要用無菌的剖腹產(chǎn)手術(shù),將已成熟的胎兒從無菌的子宮內(nèi)取出，通過滅菌液浸泡槽輸入無菌隔離器內(nèi)，用人工配制的初乳飼喂。人工乳的營養(yǎng)成份和飼喂技術(shù)，是無菌動(dòng)物飼養(yǎng)成功的關(guān)鍵。離乳后喂給滅菌的飼料和飲水。

對無菌動(dòng)物要定期檢查，以確保無菌狀態(tài)。一般每兩周檢查一次，發(fā)現(xiàn)污染立即淘汰。

無菌脊椎動(dòng)物雖然不帶各種細(xì)菌，但不能排除極少數(shù)能通過母體胎盤垂直感染胎兒的微生物，如病毒和弓形蟲等。

無菌脊椎動(dòng)物的特性

因?yàn)闊o微生物的刺激，其淋巴系統(tǒng)發(fā)育不全，體液和細(xì)胞防御系統(tǒng)不如常態(tài)動(dòng)物; 淋巴漿細(xì)胞少，脾較小，白細(xì)胞缺乏和吞噬反應(yīng)差，血清內(nèi)殺菌活性差，球蛋白含量低，很少含有抗細(xì)菌的凝集素，因而無菌動(dòng)物易于感染疾病。但是當(dāng)無菌動(dòng)物受了抗原刺激后即可具有與通常動(dòng)物同樣的免疫效應(yīng)。

嚙齒類和兔類無菌動(dòng)物的小腸壁薄盲腸比通常動(dòng)物擴(kuò)大4~10倍,可達(dá)體重的30%。膨大的盲腸和大腸內(nèi)的容物含水量較多，成棕色液體，糞軟而無定型，易下痢;排尿量較大。

無菌脊椎動(dòng)物的應(yīng)用

傳染病研究控制 無菌動(dòng)物從未接觸微生物，當(dāng)試以特異感染因子──致病菌等，?？色@得一致的感受性，產(chǎn)生較純的特異的抗血清，有助于傳染病病因?qū)W研究。在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物(小鼠、狗等)和家禽、家畜繁育、飼養(yǎng)中，為了控制傳染病，可應(yīng)用無菌動(dòng)物或喂給一種或多種非致病細(xì)菌的無菌動(dòng)物(悉生動(dòng)物)做為建群的種子動(dòng)物。

悉生動(dòng)物在生物醫(yī)學(xué)研究中的應(yīng)用

悉生動(dòng)物已在生物醫(yī)學(xué)的各個(gè)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(dòng)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(dòng)物應(yīng)用在許多微生物學(xué)研究上是一個(gè)突出的例子。只有選用悉生動(dòng)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(shí)則可觀察機(jī)體、微生物、致病因子三方面相互作用關(guān)系。

悉生生物學(xué)的研究發(fā)展較快而廣。醫(yī)學(xué)研究需要無病毒和無抗原動(dòng)物模型,以及悉生猿猴的培育;畜牧業(yè)發(fā)展悉生牛、馬、羊、豬以排除各種病原體;悉生植物已應(yīng)用在生物固氮基因的重組，促使更多農(nóng)作物帶有固氮菌，并對菌根和根際微生物以及農(nóng)藥和殺蟲劑的無害化的研究。悉生生物亦應(yīng)用在微生態(tài)的研究中，為防治人、畜和植物的生態(tài)病以求達(dá)到健康長壽和增產(chǎn)。

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