Zvíře bez choroboplodných zárodků - Germ-free animal

Ve vědeckém výzkumu se často používají myši bez bakterií

Organismy bez bakterií jsou mnohobuněčné organismy, které nemají mikroorganismy žijící v nich nebo na nich. Tyto organismy se pěstují pomocí různých metod pro řízení jejich expozice virový, bakteriální nebo parazitický agenti.[1] Když je to známé mikrobiota jsou zavedeny do organismu bez choroboplodných zárodků, obvykle se označuje jako a gnotobiotický organismus, avšak technicky vzato, jsou bakterie bez bakterií také gnotobiotické, protože stav jejich mikrobiální komunity je známý.[2] Kvůli nedostatku mikrobiomu vykazuje mnoho choroboplodných organismů zdravotní deficity, jako jsou poruchy imunitního systému a potíže se získáváním energie.[3][4] Typicky se mikroorganismy nepoužívají ke studiu mikrobiomu, kde je vyžadována pečlivá kontrola vnějších kontaminantů.[5]

Generování a kultivace

Organismy bez choroboplodných zárodků jsou generovány různými způsoby, ale běžnou praxí sdílenou mnoha z nich je nějaká forma sterilizace krok následovaný izolací z okolního prostředí, aby se zabránilo kontaminace.  

Drůbež

Drůbež bez choroboplodných zárodků obvykle podstoupí několik sterilizačních kroků, zatímco je ještě v životním stádiu vajec. To může zahrnovat buď promytí bělidlem nebo roztokem antibiotika k povrchové sterilizaci vajíčka. Vejce se poté přenesou do sterilního inkubátoru, kde se pěstují až do vylíhnutí. Jakmile se vylíhnou, dostanou sterilizovanou vodu a gama ozářené krmivo. Tím se zabrání zavedení cizích mikrobů do jejich střevních traktů. Inkubátory a odpadní produkty zvířat jsou průběžně sledovány z hlediska možné kontaminace. Typicky, když se použije v experimentech, zavede se zvířatům známý mikrobiom ve věku několika dní. Kontaminace je po tomto bodě stále monitorována a kontrolována, ale očekává se přítomnost mikrobů.[6][7][8]

Myši

Myši procházejí trochu odlišným procesem kvůli tomu, že nemají životní fázi vajíček. K vytvoření myši bez zárodků je vytvořeno embryo in vitro oplodnění a poté transplantovány matce bez zárodků. Pokud tato metoda není k dispozici, může se narodit myš císařský řez porodu, ale to přináší vyšší riziko kontaminace. Tento proces využívá matku bez zárodků, která je obětována a sterilizována před narozením štěňat. Po císařském porodu musí být štěňata přenesena do sterilního inkubátoru s matkou bez choroboplodných zárodků pro krmení a růst.[9][10] Tyto metody jsou vyžadovány pouze pro generování linie bakterií bez zárodků. Jakmile je linie vygenerována, všechna potomstva budou bez choroboplodných zárodků, pokud nebudou kontaminována. Tito potomci pak mohou být použity pro experimentování. Typicky pro experimenty je každá myš umístěna samostatně ve sterilním prostředí izolátor aby se zabránilo křížové kontaminaci mezi myší. Myši jsou opatřeny sterilizovaným krmivem a vodou, aby se zabránilo kontaminaci. Metody sterilizace se mohou mezi experimenty lišit kvůli různým dietám nebo lékům, kterým jsou myši vystaveny. Izolátory a odpadní produkty jsou průběžně sledovány z hlediska možné kontaminace, aby byla zajištěna úplná sterilita. Stejně jako u drůbeže lze do zvířat zavést známý mikrobiom, ale kontaminace je stále sledována.[11][12][13]

Nematody

Nematody lze pěstovat také bez bakterií. Potomci hlístice bez choroboplodných zárodků C. elegans, který se používá při výzkumu, lze vyrobit roztržením dospělých červů za účelem uvolnění vajíček. Standardní metodou je zavedení populace dospělých červů do bělícího roztoku. Toto bělicí řešení rozbije dospělé červy, rozbije je a současně uvolní a povrchově sterilizuje všechna vejce. Sterilizovaná vejce se promyjí a přenesou na talíř s agarem obsahujícím potravu pro červy. C. elegans spotřebovává bakterie, takže než mohou být vejce přenesena na talíř, musí být jídlo usmrceno buď teplem, nebo ozářením. Tato metoda pro vytváření nematodů bez choroboplodných zárodků má další výhodu v tom, že červy synchronizují podle věku, takže jsou všechny stejně staré, jak rostou. Červi budou obvykle muset být přemístěni na novou desku, protože spotřebovávají veškeré jídlo na aktuální desce, přičemž každá deska byla také ošetřena teplem nebo zářením. Destičky lze chránit před vnější kontaminací zakrytím a izolací od možných zdrojů kontaminace.[14]

Rostliny

Semena se povrchově sterilizují chemickými látkami, jako je ethanol nebo roztok antibiotika, za účelem produkce rostliny bez bakterií. Semena se poté pěstují ve vodě nebo jiném médiu až do vyklíčení. Po vyklíčení se semena přenesou buď do sterilní půdy, nebo do půdy se specifickou mikroflórou pro použití v experimentech. Semena lze také přenést přímo do půdy a nechat vyklíčit. Pokud jsou rostliny přeneseny do sterilní půdy, obvykle existují dva typy růstových metod. První je, kde je celá rostlina udržována sterilní, a v druhé, pouze kořenový systém je udržován sterilní. Metoda je vybrána na základě požadavků na experiment. Rostliny se pěstují v izolátorech, které se často kontrolují na kontaminaci spolu s půdou, ve které rostliny rostou.[15][16]

Účinky na zdraví organismu

Kvůli nedostatku zdravého mikrobiomu vykazuje mnoho organismů bez choroboplodných zárodků závažné zdravotní deficity. Metody používané k produkci organismů bez choroboplodných zárodků mohou mít také negativní vedlejší účinky na organismus. Snížená rychlost líhnutí byla pozorována u kuřecích vajec inkubovaných s chloridem rtuťnatým, zatímco léčba kyselinou peroctovou nezpůsobila významný účinek na míru líhnutí.[8] Kuřata také vykazovala vady růstu a zdraví tenkého střeva.[6] Ukázalo se, že myši bez choroboplodných zárodků mají poruchy imunitního systému a absorpce energie kvůli nedostatku zdravého mikrobiomu.[3][4] Existují také přesvědčivé důkazy o interakcích mezi myším mikrobiomem a jeho vývojem a zdravím mozku.[13][17][18] Rostliny bez choroboplodných zárodků vykazují závažné růstové vady kvůli nedostatku symbiontů, které jim dodávají potřebné živiny.[16][19]

Použití

Výzkum

Organismy bez choroboplodných zárodků často vidí použití při studiu různých mikrobiomů. Chybějící jakýkoli mikrobiom poskytuje přehled o tom, co mikrobiom přispívá hostiteli. To se provádí porovnáním „normálního“ hostitele s hostitelem bez zárodků. Jakékoli rozdíly mezi těmito dvěma a lze je chápat jako vztahující se k mikrobiomu. Tento typ studie neposkytuje mnoho informací o tom, co mikrobiom ve skutečnosti dělá, ani neposkytuje informace o konkrétních mikrobech v komunitě. Chcete-li to obejít, můžete do hostitele zavést známý mikrobiom, abyste viděli účinky tohoto konkrétního mikrobiomu. Změnou složení mikrobiomu, například vypnutím jediného druhu, lze nalézt druhově specifické účinky. To také umožňuje identifikaci klíčový druh kamene v mikrobiální komunitě.[7][11][15]

Viz také

Reference

  1. ^ „Zařízení bez myší germ“. Michiganská univerzita. Archivovány od originál dne 30. října 2015.
  2. ^ Reyniers JA (1959). "Germfree Vertebrates: Současný stav". Annals of the New York Academy of Sciences. 78 (1): 3. doi:10.1111 / j.1749-6632.1959.tb53091.x.
  3. ^ A b Boulangé CL, Neves AL, Chilloux J, Nicholson JK, Dumas ME (duben 2016). „Dopad střevní mikroflóry na zánět, obezitu a metabolické onemocnění“. Genomová medicína. 8 (1): 42. doi:10.1186 / s13073-016-0303-2. PMC  4839080. PMID  27098727.
  4. ^ A b Round JL, Mazmanian SK (květen 2009). „Střevní mikrobiota utváří střevní imunitní odpovědi během zdraví a nemoci“. Recenze přírody. Imunologie. 9 (5): 313–23. doi:10.1038 / nri2515. PMC  4095778. PMID  19343057.
  5. ^ Armbrecht J (2. srpna 2000). "Probiotika a možnosti". Katedra bakteriologie, University of Wisconsin-Madison. Archivovány od originál dne 11. března 2007.
  6. ^ A b Cheled-Shoval, S.L .; Gamage, N. S. Withana; Amit-Romach, E .; Forder, R .; Marshal, J .; Van Kessel, A .; Uni, Z. (01.03.2014). „Rozdíly v dynamice střevního mucinu mezi kuřaty bez choroboplodných zárodků a konvenčně chovanými kuřaty po doplnění mannan-oligosacharidy“. Drůbeží věda. 93 (3): 636–644. doi:10.3382 / ps.2013-03362. ISSN  0032-5791. PMID  24604857.
  7. ^ A b Thomas, Milton; Wongkuna, Supapit; Ghimire, Sudeep; Kumar, Roshan; Antony, Linto; Doerner, Kinchel C .; Singery, Aarone; Nelson, Eric; Woyengo, Tofuko; Chankhamhaengdecha, Surang; Janvilisri, Tavan (2019-04-24). "Střevní mikrobiální dynamika během konvencionalizace kuřete bez bakterií". mSphere. 4 (2). doi:10,1 128 / mSphere 00035-19. ISSN  2379-5042. PMC  6437271. PMID  30918057.
  8. ^ A b Harrison, G. F. (duben 1969). „Produkce kuřat bez choroboplodných zárodků: srovnání líhnivosti vajec sterilizovaných externě různými metodami“. Laboratorní zvířata. 3 (1): 51–59. doi:10.1258/002367769781071871. ISSN  0023-6772.
  9. ^ Biosciences, Taconic. „Co jsou to bakterie bez bakterií a jak se získávají?“. www.taconic.com. Citováno 2019-11-29.
  10. ^ Arvidsson, Carina & Hallén, Anna & Bäckhed, Fredrik. (2012). Generování a analýza myší bez bakterií. 10.1002 / 9780470942390.mo120064.
  11. ^ A b Hotovost, Heather L .; Whitham, Cecilia V .; Behrendt, Cassie L .; Hooper, Lora V. (2006-08-25). "Symbiotické bakterie, přímá exprese střevního baktericidního lektinu". Věda. 313 (5790): 1126–1130. Bibcode:2006Sci ... 313.1126C. doi:10.1126 / science.1127119. ISSN  0036-8075. PMC  2716667. PMID  16931762.
  12. ^ Duerkop, Breck A .; Clements, Charmaine V .; Rollins, Darcy; Rodrigues, Jorge L. M .; Hooper, Lora V. (2012-10-23). „Kompozitní bakteriofág mění kolonizaci střevní komenzální bakterií“. Sborník Národní akademie věd. 109 (43): 17621–17626. Bibcode:2012PNAS..10917621D. doi:10.1073 / pnas.1206136109. ISSN  0027-8424. PMC  3491505. PMID  23045666.
  13. ^ A b Heijtz, Rochellys Diaz; Wang, Shugui; Anuar, Farhana; Qian, Yu; Björkholm, Britta; Samuelsson, Annika; Hibberd, Martin L .; Forssberg, Hans; Pettersson, Sven (2011-02-15). „Normální střevní mikrobiota moduluje vývoj a chování mozku“. Sborník Národní akademie věd. 108 (7): 3047–3052. Bibcode:2011PNAS..108,3047H. doi:10.1073 / pnas.1010529108. ISSN  0027-8424. PMC  3041077. PMID  21282636.
  14. ^ Stiernagle, T. Údržba C. elegans (11. února 2006), WormBook, vyd. The C. elegans Research Community, WormBook, doi / 10.1895 / wormbook.1.101.1, http://www.wormbook.org.
  15. ^ A b Niu, Ben; Paulson, Joseph Nathaniel; Zheng, Xiaoqi; Kolter, Roberto (21.03.2017). „Zjednodušená a reprezentativní bakteriální komunita kořenů kukuřice“. Sborník Národní akademie věd. 114 (12): E2450 – E2459. doi:10.1073 / pnas.1616148114. ISSN  0027-8424. PMC  5373366. PMID  28275097.
  16. ^ A b Strissel, Jerry Fred, „Rostliny sóji bez bakterií“ (1970). Retrospektivní práce a disertační práce. 4800. https://lib.dr.iastate.edu/rtd/4800
  17. ^ Park, A J; Collins, J; Blennerhassett, PA; Ghia, JE; Verdu, EF; Bercik, P; Collins, S M (září 2013). „Změněná funkce tlustého střeva a profil mikrobioty u myšího modelu chronické deprese“. Neurogastroenterologie a motilita. 25 (9): 733 – e575. doi:10.1111 / nmo.12153. ISSN  1350-1925. PMC  3912902. PMID  23773726.
  18. ^ Mayer, Emeran A .; Tillisch, Kirsten; Gupta, Arpana (02.03.2015). „Osa střeva / mozku a mikrobiota“. The Journal of Clinical Investigation. 125 (3): 926–938. doi:10,1172 / JCI76304. ISSN  0021-9738. PMC  4362231. PMID  25689247.
  19. ^ Kutschera, Ulrich; Khanna, Rajnish (2016-12-01). "Rostlinná gnotobiologie: Epifytické mikroby a udržitelné zemědělství". Signalizace a chování zařízení. 11 (12): e1256529. doi:10.1080/15592324.2016.1256529. PMC  5225935. PMID  27830978.