ГНОТОБИОЛО́ГИЯ

ГНОТОБИОЛО́ГИЯ (от греч. γνωτός – из­вест­ный и био­ло­гия), гно­то­био­ти­ка, об­ласть экс­пе­рим. ис­сле­до­ва­ний на жи­вот­ных – гно­то­био­тах, сво­бод­ных от всех из­вест­ных мик­ро­ор­га­низ­мов (без­мик­роб­ные жи­вот­ные), или жи­вот­ных, ас­со­ции­ро­ван­ных с оп­ре­де­лён­ны­ми ви­да­ми мик­ро­ор­га­низ­мов (гно­то­био­то­фо­ры). В ес­теств. ус­ло­ви­ях в при­ро­де жи­вот­ные с мо­мен­та ро­ж­де­ния всту­па­ют с ок­ру­жаю­щи­ми мик­ро­ор­га­низ­ма­ми в разл. сим­био­тич. 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, напр., мо­жет дос­ти­гать 10¹⁴, что на по­ря­док вы­ше чис­ла со­ма­тич. кле­ток. Идея экс­пе­рим. про­вер­ки воз­мож­но­сти жиз­ни без мик­ро­бов при­над­ле­жит Л. Пас­те­ру (1885), а пер­вые без­мик­роб­ные жи­вот­ные (мор­ские свин­ки) бы­ли по­лу­че­ны в Бер­лин­ском ун-те 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 мно­го­числ. по­сле­до­ва­те­ли. В 1930–40-х гг. 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-х гг. гно­то­био­ло­гич. ис­сле­до­ва­ния раз­ви­ва­ют­ся и в ря­де др. стран (в Рос­сии с сер. 1960-х гг. и в 1970-е гг. соз­да­на ме­то­дич. ба­за гно­то­био­ло­гич. ис­сле­до­ва­ний на разл. ви­дах ла­бо­ра­тор­ных жи­вот­ных – мор­ских свин­ках, цы­п­ля­тах, кро­ли­ках, ли­ней­ных мы­шах, кры­сах, ми­ниа­тюр­ных свинь­ях и др.). В 1981 ос­но­ва­на Меж­ду­нар. ас­со­циа­ция по гно­то­био­ло­гии, про­во­дя­щая ре­гу­ляр­ные (1 раз в 3 го­да) сим­по­зиу­мы.

Совр. гно­то­био­тех­но­ло­гия, бла­го­да­ря без­мик­роб­но­му изо­ля­то­ру, обес­пе­чи­ва­ет кон­тро­ли­руе­мый без­мик­роб­ный ста­тус или управ­ляе­мое гно­то­био­тич. со­стоя­ние жи­вот­но­го. Тех­но­ло­гия ос­но­ва­на на по­лу­че­нии ис­ход­но без­мик­роб­но­го жи­вот­но­го из ес­теств. сте­риль­ной сре­ды (напр., пло­да из бе­ре­мен­ной мат­ки у мле­ко­пи­таю­щих) или из су­ще­ст­вую­щей про­ве­рен­ной ко­ло­нии без­мик­роб­ных жи­вот­ных с по­сле­дую­щим со­дер­жа­ни­ем и раз­ве­де­ни­ем в пред­ва­ри­тель­но про­сте­ри­ли­зо­ван­ном и мик­ро­био­ло­ги­че­ски кон­тро­ли­руе­мом гно­то­био­ло­гич. изо­ля­то­ре. По­след­ний обес­пе­чи­ва­ет про­ти­во­мик­роб­ный барь­ер для гно­то­био­тов за счёт ме­ха­нич. не­про­ни­цае­мо­сти, а так­же бак­те­ри­цид­ной об­ра­бот­ки вво­ди­мых че­рез спец. шлю­зы объ­ек­тов (во­да, пи­ще­вые про­дук­ты, ин­ст­ру­мен­ты и др.) и очи­ст­ки по­сту­паю­ще­го воз­ду­ха от мик­роб­ных за­гряз­не­ний с по­мо­щью вы­со­ко­эф­фек­тив­ных фильт­ров (ульт­ра­тон­кое стек­ло­во­лок­но, т. н. 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 отд. ин­гре­ди­ен­тов пи­щи для гно­то­био­тов, воз­ни­каю­ще­го в от­сут­ст­вии мик­ро­фло­ры, иг­раю­щей су­ще­ст­вен­ную роль в био­син­те­зе ви­та­ми­нов, фер­мен­тов и др. био­ло­ги­че­ски ак­тив­ных ве­ществ. Кро­ме то­го, сам про­цесс сте­ри­ли­за­ции ди­ет (тер­ми­че­ское воз­дей­ст­вие, об­лу­че­ние или др.) спо­со­бен ока­зы­вать оп­ре­де­лён­ный де­ст­рук­тив­ный эф­фект на отд. 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 т. н. без­ан­ти­ген­ных жи­вот­ных. В ла­бо­ра­тор­ной прак­ти­ке и жи­вот­но­вод­ст­ве по­лу­чи­ла рас­про­стра­не­ние ка­те­го­рия т. н. SPF-жи­вот­ных (англ. Specific pathogen free), сво­бод­ных от спе­ци­фич. па­то­ге­нов.

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