Гнотобиология

ГНОТОБИОЛОГИЯ (от греческого γνωτ?ς - известный и биология), гнотобиотика, область экспериментальных исследований на животных - гнотобиотах, свободных от всех известных микроорганизмов (безмикробные животные), или животных, ассоциированных с определёнными видами микроорганизмов (гнотобиотофоры). В естественных условиях в природе животные с момента рождения вступают с окружающими микроорганизмами в различные симбиотические связи - от взаимовыгодных (мутуализм) до более или менее вредных для одного из членов сообщества (паразитизм). Одновременно на кожных и слизистых поверхностях, особенно в желудочно-кишечном тракте хозяина, формируются микробиоценозы, составляющие аутофлору (микрофлору) макроорганизма. Состав её многообразен, а суммарное количество микроорганизмов у человека, например, может достигать 1014, что на порядок выше числа соматических клеток. Идея экспериментальной проверки возможности жизни без микробов принадлежит Л. Пастеру (1885), а первые безмикробные животные (морские свинки) были получены в Берлинском университете Дж. Наттоллом и Г. Тирфельдером спустя 10 лет. В развитии таких исследований выдающуюся роль сыграл И. И. Мечников, положивший начало учению о нормальной микрофлоре, а также его многочисленные последователи. В 1930-40-е годы создаются первые центры безмикробных исследований в США (Дж. Рейниерс, Ф. Трекслер), Швеции (Й. Глимштедт, Б. Густафсон) и Японии (С. Мацумура, М. Миякава). В 1950-60-е годы гнотобиологические исследования развиваются и в ряде других стран (в России с середины 1960-х годов и в 1970-е годы создана методическая база гнотобиологических исследований на различных видах лабораторных животных - морских свинках, цыплятах, кроликах, линейных мышах, крысах, миниатюрных свиньях и др.). В 1981 году основана Международная ассоциация по гнотобиологии, проводящая регулярные (1 раз в 3 года) симпозиумы.

Современная гнотобиотехнология, благодаря безмикробному изолятору, обеспечивает контролируемый безмикробный статус или управляемое гнотобиотическое состояние животного. Технология основана на получении исходно безмикробного животного из естественной стерильной среды (например, плода из беременной матки у млекопитающих) или из существующей проверенной колонии безмикробных животных с последующим содержанием и разведением в предварительно простерилизованном и микробиологически контролируемом гнотобиологическом изоляторе. Последний обеспечивает противомикробный барьер для гнотобиотов за счёт механической непроницаемости, а также бактерицидной обработки вводимых через специальные шлюзы объектов (вода, пищевые продукты, инструменты и др.) и очистки поступающего воздуха от микробных загрязнений с помощью высокоэффективных фильтров (ультратонкое стекловолокно, так называемые НЕРА-фильтры). Для целей краткосрочной изоляции применяются также аппараты с ламинарными потоками очищенного от микробных загрязнений воздуха. Манипуляции с гнотобиотами осуществляются с помощью вмонтированных в стенку камеры перчаток или герметичных скафандров (полускафандров). Особое значение имеет составление полноценных диет с учётом необходимости компенсации дефицита отдельных ингредиентов пищи для гнотобиотов, возникающего в отсутствии микрофлоры, играющей существенную роль в биосинтезе витаминов, ферментов и других биологически активных веществ. Кроме того, сам процесс стерилизации диет (термическое воздействие, облучение или др.) способен оказывать определённый деструктивный эффект на отдельные пищевые компоненты. По этим соображениям эффективным оказывается обеззараживание водорастворимых компонентов диет путём фильтрования через миллипоровые фильтры, задерживающие все частицы, включая живые и убитые микробные клетки. Такой способ стерилизации применяется и при обработке химически определённых диет, включающих смесь аминокислот, используемых для получения так называемых безантигенных животных. В лабораторной практике и животноводстве получила распространение категория так называемых SPF-животных (английский Specific pathogen free), свободных от специфических патогенов.

Гнотобиоты на основе инбредных лабораторных животных значительно повышают стандартность биообъекта и воспроизводимость результатов медикобиологических экспериментов, что особенно важно для биотехнологии, при испытании новых лекарственных препаратов, в токсикологии и др. Гнотобиологические модели представляют уникальные возможности для анализа изучения взаимоотношений в системе «хозяин-микроорганизм», используются в физиологии, иммунологии, патологии, онкологии, микроэкологии и других областях медико-биологических исследований. С их помощью дополнительно раскрывается роль микроорганизмов в питании и обмене веществ, биосинтезе витаминов, ферментов, биологически активных веществ, иммуногенезе, развитии патологических процессов и старении организма. Гнотобиоты перспективны для изучения и коррекции дисбаланса в аутофлоре, иммунологических, биоэнергетических и других дефектов, лежащих в основе многих заболеваний, а также оптимизации микрофлоры и выделяемых ею «биологически активных» соединений с помощью препаратов непатогенных микроорганизмов (так называемых пробиотиков) и др. Эти модели позволяют дифференцировать болезнетворную и защитную роль микробного фактора в патологических процессах. Методы гнотобиологической противомикробной изоляции находят применение в медицине при лечении тяжёлых иммунодефицитных состояний, обширных ожогов, ран, онкологических заболеваний, лучевой болезни, особо опасных инфекций при трансплантации органов и тканей и др.

Лит.: Luckey Т.D. Germfree life and gnotobiology. N. Y., 1963; Coates М.Е. The germ- free animal in research. L.; N. Y., 1968; Чахава О. В. Гнотобиология. М., 1972; Pleasants J. Gnotobiotics // Handbook of laboratory animal science. Cleveland, 1974; Исаков Ю. Ф., Степанов Э. А., Подопригора Г. И. Гнотобиология в хирургии. М., 1982; Wöstmann В. S. Germfree and gnotobiotic animal models: background and applications. Boca Raton, 1996; Подопригора Г. И. Медицинская гнотобиология. М., 2003.