悉生生物学

悉生生物学

悉生生物学是研究悉生生物以及由悉生生物造成的悉生态的生物学分支学科。凡在某一生物体中没有任何可检出的其他生物，或者除少数栖息其中的已知生物外，不能再检出其他生物的，称为悉生生物。前者即所谓无菌生物，如培养的无菌藻类、在无菌条件下培育的不带细菌或任何其他生物的小鼠等。如果将细菌如大肠杆菌，或其他生物如痢疾变形虫，引入上述的无菌小鼠体内，使小鼠和体内的大肠杆菌或痢疾变形虫共同生活，此时小鼠和大肠杆菌或和痢疾变形虫之间的关系，无论是互利的或有害的，均形成一种悉生态，而小鼠、大肠杆菌和痢疾变形虫也均属悉生生物，即除这三种生物外，再无可检出的其他生物参加这一悉生态。高等动物体内，包括人体内，总栖息一些细菌和其他微生物。这些微生物群和寄主的关系以及它们彼此的关系十分错综复杂。用这样的动物做生物学研究，例如，研究动物的消化机能，或研究某一种细菌或寄生虫对动物的影响等，不能排除存在于动物体内微生物群的干扰，因而所得结论只能是有条件的。只有使用悉生动物实验，才能得到准确结论。例如，枯草杆菌对普通的鸡无致病性，但对无菌的鸡则能引起心脏损伤，甚至死亡；痢疾变形虫能引起普通豚鼠阿米巴痢疾，但对无菌豚鼠却无致病性；将痢疾变形虫和枯草杆菌或产气荚膜杆菌同时输给无菌豚鼠，就可引起豚鼠发病。由此可见，痢疾变形虫对豚鼠本无致病性，只有在某些其他微生物作用下才有致病性。动物体内的共栖生物对动物的代谢、生长发育起什么作用？寄主和它们如何维持平衡以达到共存的关系？这些都是需要利用悉生生物学的手段育成无菌动物，再利用无菌动物制造悉生态来进行研究的。

悉生生物学中研究最多的是无菌生物。细菌、藻类和原生动物等的单种纯净培养都是无菌生物。培育无菌的高等植物和各种多细胞动物的研究也都在进行并取得成果。无菌脊椎动物在悉生生物学研究中占据重要的地位。

发展简况

1885年，法国微生物学家L.巴斯德提出动物的生存离不开肠道细菌的存在。这一意见在生物学界引起了争论。1895年，柏林大学的G.H.F.纳托尔和H.蒂尔费尔特把剖腹生豚鼠放在无菌的玻璃罩内饲养，喂灭菌牛奶，第八天处死豚鼠后检查，肠道内不存在细菌。无菌豚鼠是可以生存的，但必须喂以纯动物来源的饲料。1899年M.肖特利乌斯培育了无菌鸡，但仅活了17天，失败的原因是饲料营养不足。1912年，M.科恩迪经一再改进饲料，终于培养成功无菌鸡。1932年G.格利姆斯泰特培养无菌豚鼠获得成功，随着无菌操作和饲养技术的日趋完善，20世纪40年代，前后培育成功无菌的猴、大鼠、家兔、小鼠和狗。60年代获得无菌猪、羊和牛。1971年培育成功无菌马。

无菌脊椎动物的培育

饲养无菌动物的环境必须是绝对没有微生物以及其他可能感染动物的生物。根据这个要求，美国J.A.赖尼瑟在1943年用金属材料制成能耐受高压蒸气灭菌的隔离器，隔离器上有玻璃观察窗和操作橡皮手套，他用这种隔离器饲养出了无菌鸡。1946年日本宫川为隔离器增设遥控的精密的机械手。1959年P.C.特雷克斯勒使用无毒塑料薄膜制成无菌隔离器的主体部分。这种隔离器制造工艺较为简单，易于观察操作，造价仅为金属制的几十分之一，灭菌简便。输入无菌隔离器的空气要经过0.3微米的滤除率达99.97%以上的高效滤过器。排气口亦同样装有高效滤过器，以免空气逆流时带入细菌。饲料、饮水和垫料都要经过真空高压或钴60照射灭菌后输入器内。

培育无菌卵生动物，如禽类，要从微生物传染病最少的健康动物群中，选择未被粪便污染的受过精的蛋，并将蛋的表面彻底灭菌后送入无菌隔离器内孵化育雏。

培育胎生动物如哺乳类，要用无菌的剖腹产手术，将已成熟的胎儿从无菌的子宫内取出，通过灭菌液浸泡槽输入无菌隔离器内，用人工配制的初乳饲喂。人工乳的营养成份和饲喂技术，是无菌动物饲养成功的关键。离乳后喂给灭菌的饲料和饮水。

对无菌动物要定期检查，以确保无菌状态。一般每两周检查一次，发现污染立即淘汰。

无菌脊椎动物虽然不带各种细菌，但不能排除极少数能通过母体胎盘垂直感染胎儿的微生物，如病毒和弓形虫等。

无菌脊椎动物的特性

因为无微生物的刺激，其淋巴系统发育不全，体液和细胞防御系统不如常态动物；淋巴浆细胞少，脾较小，白细胞缺乏和吞噬反应差，血清内杀菌活性差，球蛋白含量低，很少含有抗细菌的凝集素，因而无菌动物易于感染疾病。但是当无菌动物受了抗原刺激后即可具有与通常动物同样的免疫效应。

啮齿类和兔类无菌动物的小肠壁薄盲肠比通常动物扩大4～10倍，可达体重的30%。膨大的盲肠和大肠内的容物含水量较多，成棕色液体，粪软而无定型，易下痢；排尿量较大。

无菌脊椎动物的应用

传染病研究控制无菌动物从未接触微生物，当试以特异感染因子——致病菌等，常可获得一致的感受性，产生较纯的特异的抗血清，有助于传染病病因学研究。在实验动物（小鼠、狗等）和家禽、家畜繁育、饲养中，为了控制传染病，可应用无菌动物或喂给一种或多种非致病细菌的无菌动物（悉生动物）做为建群的种子动物。

正常菌群与其宿主的相互关系研究

把一种或多种由动物体分离出的真菌、细菌、病毒等接种给无菌动物即可探索它们与宿主之间共生、寄生、拮抗、变异等相互关系，并进行有关生理学、生物化学、细胞学、胚胎学、病理学以及临床治疗、肿瘤、免疫、代谢、营养等方面研究。

展　望

悉生生物学的研究发展较快而广。医学研究需要无病毒和无抗原动物模型，以及悉生猿猴的培育；畜牧业发展悉生牛、马、羊、猪以排除各种病原体；悉生植物已应用在生物固氮基因的重组，促使更多农作物带有固氮菌，并对菌根和根际微生物以及农药和杀虫剂的无害化的研究。悉生生物亦应用在微生态的研究中，为防治人、畜和植物的生态病以求达到健康长寿和增产。