无菌猪的制备与微生物质量控制

菌群与宿主相互关系等热点研究促进了对无菌动物需求的迅猛发展。无菌猪作为一种特殊的模式动物,其在科学研究中不仅排除了背景微生物因素的影响,而且与常用的无菌小鼠相比,其在解剖、生理、代谢等方面与人更为相似,因此在生命科学研究领域具有重要的应用价值。本文结合现有国外无菌猪研究进展和本实验室在无菌猪研究积累,就无菌猪的制备与微生物质量控制进行简要探讨。

无菌猪生长、血液以及脏器相关指标的测定

目的建立无菌太湖猪多项生理数据背景资料。方法对4头25 d无菌猪和4头同窝普通级群体,雌雄比3∶1,测定并比较血液常规、生化、免疫球蛋白和主要脏器发育指标。运用异速生长建模,对主要脏器重量相对体重的异速生长进行了分析。结果 (1)无菌猪与普通级猪的12项血常规和8项血生化指标差异有显著性(P<0.05);(2)无菌猪与普通级猪的平均体重、血清中Ig M表达量差异达到显著性水平(P<0.05),且无菌猪缺少肠系膜淋巴结;(3)无菌猪的心脏、脾和胃与体重呈负异速生长(异速生长指数b<1),肠道与体重的异速生长指数为1.78,为正异速生长;而普通级猪的心脏、胃和肠道与体重呈负异速生长(b<1),肾与体重的异速生长指数最大,为1.20,呈正异速生长。结论微生物学等级差异影响了猪体重、血液及脏器、免疫系统的发育。

无菌豚鼠与普通豚鼠血液学参数的比较

目的对普通级豚鼠进行剖宫产,培育无菌豚鼠模型,并比较无菌豚鼠和普通级豚鼠的血液学参数。方法行子宫摘除术摘除子宫,在无菌隔离器中将子宫剥离取仔,用人工哺乳的方法将仔豚鼠培育成无菌豚鼠,并在固定的周期检测豚鼠的无菌情况。采用全血细胞计数分析仪、全自动血液生化分析仪测定无菌豚鼠、普通豚鼠的血常规和血生化参数。用SPSS12.0进行统计分析。结果无菌豚鼠和普通豚鼠在白细胞(WBC)、嗜碱性粒细胞数(BA#)、单核细胞百分比(MO)、血红蛋白浓度(MCHC)、中性粒细胞数(NE#)、嗜酸性粒细胞数(EO#)、淋巴细胞数(LY#)七个血常规指标上有差异显著性,其他指标没有显著性差异;谷丙转氨酶(ALT)、乳酸脱氢酶(LDH)、总蛋白(TP)、白蛋白(ALB)、葡萄糖(GLU)、总胆固醇(CHO)、总胆红素(TBIL)、高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)、甘油三酯(TG)、球蛋白(GLO)、A/G、K、Na、谷酰转肽酶(GGT)15个指标上差异有显著性,其他指标差异无显著性。结论通过规范的子宫摘除术和人工喂养的方法获得符合标准的无菌豚鼠,与普通豚鼠在多项血液学指标上差异有显著性。

无菌猪的研究进展

无菌猪是采用现有微生物检测技术,检测不出活的微生物(包括细菌、真菌、寄生虫和病毒等)的一种悉生物,在现代畜牧生产和医学生物学研究中具有重要的科学价值。无菌猪最早用于畜牧生产的疫病净化,研究肠道菌群、动物疫病之间的关系。无菌猪和人在解剖、生理及遗传上具相似性、无微生物背景干扰,目前在医学生物学研究肠道菌群与生长发育与疾病发生发展等方面发挥着重要作用,也作为以肠道菌群为靶点的预防、诊断及治疗新技术研究的特殊动物模型。本文主要综述无菌猪的特性、研究进展及未来的发展方向。

移植不同饲料利用效率猪的粪便可定向改变伪无菌小鼠的生长性能

目的通过将不同饲料利用效率猪的粪便移植至伪无菌小鼠,探讨其对受体小鼠生长性能的影响规律,并初步揭示其机制。方法使用36头28 kg左右的杜×长×大阉公猪进行42 d单笼饲养(自由采食)并测算其饲料转化效率。实验结束时将36头猪根据饲料转化效率分为高、中、低3组,采集三组猪的新鲜粪便,通过灌胃移植到经广谱抗生素处理过的小鼠中,监测粪便移植后小鼠的生长性能变化。采用全收粪法测定饲料利用效率高、中、低三组猪的营养物质消化率,并采用16S rRNA V3-4可变区扩增测序对猪和小鼠的粪便微生物组成进行分析比较。结果将不同饲料利用效率猪的粪便移植至广谱抗生素处理的伪无菌小鼠后,小鼠重现了猪的生长性能表型;在肠道微生物的组成结构方面,高饲料转化效率猪及其高生长性能的受体鼠,肠道微生物的物种丰富度和微生物多样性相对较高;高饲料利用效率猪的总能消化率(P=0.01)显著增加,产气短杆菌的丰度显著提高,且其粪便移植后受体小鼠的肠球菌和阿克曼氏菌丰度也显著高于低饲料利用效率的受体小鼠,表明肠道微生物在能量的高效利用方面起着重要的作用。结论移植不同饲料利用效率猪的粪便可定向改变伪无菌小鼠肠道微生物的物种丰富度、微生物多样性及其生长性能。高饲料利用效率猪的优势主要在于能量消化利用效率较高,肠道中与能量高效利用相关微生物丰度相对较高。

肠道微生物对仔猪胆汁酸谱及胆汁酸代谢的影响

旨在研究肠道微生物对仔猪肝脏、空肠内容物和粪便胆汁酸谱及仔猪胆汁酸代谢的影响。随机选择无菌剖腹产所得仔猪11头,分为无菌猪组(GF组,5头)和粪菌移植组(FMT组,6头)。GF组始终保持无菌状态,FMT组在7日龄时口服植入健康猪源粪菌。42日龄时,采集肝脏组织、空肠内容物、新鲜粪便用于胆汁酸定量,肝脏组织与空肠组织进行胆汁酸代谢相关基因定量。结果表明:相比于GF组,FMT组仔猪粪便中的总胆汁酸水平显著高于GF组(P<0.01);FMT仔猪空肠内容物和粪便中次级胆汁酸占总胆汁酸的比例显著高于GF仔猪(P<0.05),肝脏中也发现同样的趋势(P<0.05);相比于GF仔猪,FMT仔猪肝脏中CYP7A1、BAT、FXR等与胆汁酸合成、结合与转运相关基因的下调,肠道中转运蛋白MRP2基因表达上调。由此可见,肠道微生物的转入与定植不仅能够增加仔猪胆汁酸的排泄,提高次级胆汁酸占比,改变仔猪胆汁酸谱,而且还影响胆汁酸的肝肠循环过程。

无菌豚鼠形成胆色素结石的动物模型

无菌豚鼠胆囊结石诱发率很高。胆囊结石和胆囊胆汁成份分析表明,无菌豚鼠胆囊内产生的结石为色素型结石,其胆汁特征与人色素型结石类同,提示无菌豚鼠可作为研究胆色素类结石的实验动物模型。

香坊肠球菌和罗伊氏乳杆菌在无菌猪肠道中的定殖

【背景】已有研究表明,微生物在宿主肠道中的定殖受宿主、肠道环境、微生物物种特性和菌株来源等多个因素的影响。一般认为,来源于同类宿主的微生物菌株,在该类宿主肠道中具有定殖优势,但缺乏在物种和菌株水平上研究微生物自身特性在宿主肠道中定殖的研究报道。【目的】将不同来源(同类宿主肠道、非同类宿主肠道和非肠道环境)、具有不同生物学特性的3株香坊肠球菌(Enterococcus xiangfangensis)和4株罗伊氏乳杆菌(Lactobacillus reuteri)对无菌猪肠道进行定殖,在物种和菌株2个水平上探究物种特性和菌株来源对宿主肠道定殖的偏好性,揭示影响微生物定殖效率的关键因素。【方法】在本项研究中,将从藏猪(Tibetan pigs)、小鼠(ob/ob mice)、食蟹猴(Macaca fascicularis)和发酵食品中分离得到的多株香坊肠球菌和罗伊氏乳杆菌,制成混合菌剂对无菌巴马香猪(Bama miniature pig)进行为期4周的饲喂,并通过实时荧光定量PCR方法检测这7株菌在无菌猪肠道中的定殖情况。【结果】在物种水平上,香坊肠球菌和罗伊氏乳杆菌在无菌猪体内具有相近的定殖细胞数目。但是在菌株水平上,小鼠来源的香坊肠球菌(EX-MS)和罗伊氏乳杆菌(LR-MS)定殖的细胞数目显著高于其他5株菌,表明小鼠来源的菌株具有定殖优势。在体外混合培养中,将3株香坊肠球菌和4株罗伊氏乳杆菌分别等比例混合培养72 h后,发现香坊肠球菌EX-MS菌株的细胞数目高于香坊肠球菌EX-MK和EX-PG菌株;在罗伊氏乳杆菌中,4株菌的细胞数目相近。7株菌相互作用表明,EX-MS菌株对EX-MK和EX-PG菌株均有明显的抑制作用,但对4株罗伊氏乳杆菌无抑制作用。【结论】本次定殖实验的结果表明,在物种水平上,香坊肠球菌和罗伊氏乳杆菌均具有在无菌猪肠道中良好的定殖能力;但在菌株水平上,小鼠来源的香坊肠球菌EX-MS菌株和罗伊氏乳杆菌LR-MS菌株具有定殖优势;同时发现,小鼠来源的香坊肠球菌EX-MS菌株通过抑制同物种的EX-PG和EX-MK菌株,获得了在宿主肠道中的定殖优势。