Гнотобиоты:общая характеристика.

Гнотобиоты - животные, выращенные в специальных полностью изолированных от внешнего мира условиях, лишенные микроорганизмов и других форм жизни («стерильные» животные).

Организм гнотобиотов или совершенно лишен микроорганизмов, простейших и паразитов, или имеет определенную, строго контролируемую исследователями микрофлору.

Мысль о возможности выведения в искусственной среде животных, лишенных микроорганизмов, высказывал Л. Пастер. Он разработал схему получения стерильных цыплят.

Л. Пастер считал, что жизнь животных не может протекать нормально без микроорганизмов, в то время как некоторые его современники предполагали, что микрофлора причиняет макроорганизму только вред. Поиски безмикробных животных, обитающих на земле, не увенчались успехом, но доказано, что ряд птиц и животных Арктики обладают очень скудной микрофлорой.

Исследования по выращиванию гнотобиотов показали, что жизнь животных возможна без сопутствующих микроорганизмов, которые постоянно обитают в кишках и других полостях организма.

Первыми гнотобиотами стали в начале XX в. цыплята и морские свинки, т.е. животные, которые сразу после рождения могут поедать корм.

Гнотобиология — новая отрасль науки, которая успешно стала развиваться в сороковых годах нашего столетия благодаря достижениям науки и техники, созданию сложных, дорогостоящих и точных приспособлений (камер-изоляторов), обеспечивающих полную стерильность содержания и кормления животных. В 1944 г. в Нью-Йорке был проведен первый симпозиум по выведению и использованию безмикробных животных. Гнотобиологический эксперимент основывается на беспрерывном обеспечении безмикробных условий жизни гнотобиотов. Для поддержания стерильности и заданной микрофлоры основным оборудованием в гнотобиологических лабораториях служат изоляторы различных размеров и конструкций (из нержавеющей стали, акриловых пластмасс, поливинилхлоридной пленки) с использованием комплекса методических приемов. Такие изоляторы имеют камеры для содержания гнотобиотов, устройства стерильного воздухообмена, шлюзовую систему, с помощью которой в камеру, где пребывают гнотобиоты, вносят стерильный материал, а из нее удаляют остатки корма и кал. Камера, в которой живут гнотобиоты, оборудована манипуляционными перчатками, позволяющими захватывать животное, делать ему инъекции и т.д.

Получают безмикробных животных от беременных самок, которым проводят кесарево сечение в определенный период перед родами. Существуют следующие два приема получения гнотобиотов. Первый — гистерэктомия, когда у беременной самки под наркозом ампутируют матку с плодами, перевязывая ее в области шейки, после чего проводят через гидрошлюз изолятора (он заполнен 5 %-м раствором хлорамина или другим дезинфицирующим раствором) в безмикробное пространство камеры, после чего плоды извлекают, освобождают их от оболочек, перевязывают пуповину, осушают, а матку с плацентой удаляют. Второй способ — гистеротомия — более совершенен, так как при нем отсутствует контакт матки и плодов с окружающей средой. Достигается это благодаря специальному хирургическому изолятору, который в дне камеры имеет операционное отверстие, герметически закрываемое эластической пленкой типа «Саран». Извлечение плодов из матки проводят внутри камеры-изолятора через пленку и склеенные с ней кожные покровы самки. Новорожденных помещают на утепленной подстилке в клетке. Корм, воду, подстилку и другие материалы, необходимые для обеспечения жизнедеятельности безмикробных животных, подвергают стерилизации в вакуумном автоклаве.

В работе с гнотобиотами выбор дезинфекции и стерилизации имеет важное значение, так как постоянная стерильность должна быть обеспечена во всех узлах безмикробной системы и на всех этапах эксперимента стерилизации подвергаются кормовые продукты, изолятор, инструменты и т.д.

В качестве химических средств стерилизации и дезинфекции в гнотобиологии используют газообразные- (окись этилена, хлор и др.) и жидкие (перуксусная кислота, формалин, хлорамин, лизол) вещества. Из физических методов стерилизации применяют обработку сухим жаром, автоклавирование, облучение, фильтрование. В практике гнотобиологии используют сочетание указанных методов. Кормовые продукты подвергают автоклавированию или облучению; воздух, подаваемый в гнотобиотический изолятор, обычно стерилизуют. Из средств химической стерилизации преимущество отдают перуксусной кислоте (надуксусной), которая стабильна, имеет достаточный диапазон между стерилизующей и токсической дозой, то есть обладает выраженной бактерицидностью при незначительной токсичности. Для ее получения уксусный ангидрид приливают к перекиси водорода (соотношение 45:10) в присутствии серной кислоты. Для дезинфекции изолятора используют аэрозоли — 2 %-го раствора перуксусной кислоты. Обычно расходуют 1 л раствора на 1 м3. При хранении перуксусной кислоты в температурных условиях комнаты ее бактерицидная активность ослабляется на 2 % (Г.И. Подопригора, 1967).

В настоящее время в стерильных условиях гнотобиотических изоляторов получены для медико-биологических экспериментов безмикробные мыши, крысы, морские свинки, хомячки, кролики, кошки, собаки породы бигль, ягнята, козлята, поросята и обезьяны. В последние годы вместо оперативных методов получения гнотобиотов стали разрабатываться и находят все большее признание консервативные методы получения безмикробных животных — методы деконтаминации.

С развитием гнотобиологии разрешена проблема контроля лабораторных животных по микробным, вирусным, паразитарным, а также антигенным факторам.

Различают следующие виды гнотобиотов: полностью лишенные микроорганизмов — безмикробные (монобиоты) и гнотоформные животные, то есть зараженные одним (диобиоты) или несколькими видами (полибиоты) микробов, а также — животные, свободные от естественных патогенных возбудителей инфекционных и инвазионных заболеваний (СПВ-животные, SPF-живогные, что означает Specific pathogen free).

К безмикробным относят также биологически чистых безвирусных и безантигенных животных. Безмикробных и безантигенных животных при необходимости подвергают воздействию определенных известных видов микроорганизмов или антигенов и получают соответственно гнотобиофоры и гнотобиоантигенофоры

В случаях, когда безмикробных животных переводят в микробную среду, то есть осуществляют конвенционализацию, получают категорию лабораторных экс-безмикробных животных.

Животные, свободные от специфических патогенных возбудителей (СПВ-животные, SPF-животные), занимают промежуточное положение между обычными лабораторными животными и гнотобиотами.

Развитие гнотобиологии дало возможность изучить значение микробного (вирусного, паразитарного) или антигенного, факторов на функционирование различных органов и систем организма и проявление патологических реакций, заболеваний. Большое значение имеют гнотобиологические модели для выяснения антагонистических и синергитических взаимоотношений различных представителей микрофлоры в течении инфекционных заболеваний. Опыты на гнотобиотах дали возможность установить ведущую роль продуктов клеточного распада в механизме послеожоговой интоксикации, важное значение микроорганизмов в возникновении злокачественного роста, в механизмах воспаления. Доказано, что недоразвитие системы естественного иммунитета у гнотобиотов связано с отсутствием или снижением иммуноглобулинов, антител, пропердина, комплемента, лизоцима, то есть специфических и неспецифических факторов иммунитета.

Получают СПВ-животных (чаще всего крыс, мышей) так же, как безмикробных, путем кесаревого сечения в операционном изоляторе. Для разведения лабораторных животных (мышей, крыс, морских свинок и др.), лишенных специфической патогенной флоры и возбудителей паразитарных заболеваний (СПВ-, SPF-животных) в больших количествах, необходимо специальное здание (ферма, павильон), имеющее две основные части: производственную (чистую, она максимально герметизирована и изолирована от других помещений) и эксплуатационную («нечистую»).

В производственной части в специальных операционных изоляторах в сугубо стерильных условиях и соблюдении правил асептики из матки матери кесаревым сечением извлекают приплод, который подсаживают мачехе-кормилице. Кормилица относится к животным, лишенным патогенной флоры. Детенышей вместе с кормилицей помещают в клетку, которую переносят в изолятор для разведения. В него так же, как и в операционный изолятор, поступает стерильный фильтруемый воздух. Детенышам и мачехе-кормилице в клетки в строго асептических условиях подают стерильный корм, стерильную веду, стерильную подстилку.

Стерилизации воздуха достигают, пропуская его через систему жидких и густых фильтров, освобождая таким образом от мелких механических частиц и возбудителей заболеваний. Воздух кондиционируют специальной аппаратурой, придавая ему оптимальную температуру и влажность. В производственной части помещения для выращивания SPF-животных должна работать принудительная вентиляционная установка, обеспечивающая 12-разовый обмен воздуха в час. Причем в производственной части помещения и коридорах, соединяющих ее с эксплуатационной частью фермы, необходимо постоянно поддерживать избыточное давление воздуха.

Стерилизацию гранулированного корма и подстилки проводят тепловым способом (автоклавированием) и стерильным воздухом, после чего их по пневмопроводам доставляют в производственную часть помещения. Уборка клеток осуществляется с помощью специальных вакуумных приборов, которые доставляют мусор в печь для сжигания.