Gnotobiose

Ein gnotobiotisches Tier ist ein Tier, in dem nur bestimmte bekannte Stämme von Bakterien und anderen Mikroorganismen vorhanden sind. Technisch gesehen umfasst der Begriff auch keimfreie Tiere, da der Status ihrer mikrobiellen Gemeinschaften ebenfalls bekannt ist. Der Begriff „gnotobiotisch“ wird jedoch oft fälschlicherweise mit „keimfrei“ gleichgesetzt.

Gnotobiotische Tiere (auch „gnotobiotes“ oder „gnotobionts“) werden unter aseptischen Bedingungen geboren, wozu auch die Entfernung von der Mutter durch Kaiserschnitt und die sofortige Überführung des Neugeborenen in einen Isolator gehören kann, in dem alle einströmende Luft, Nahrung und Wasser sterilisiert sind. Solche Tiere werden in der Regel in einer sterilen oder mikrobiologisch kontrollierten Laborumgebung aufgezogen und sind nur den Mikroorganismen ausgesetzt, die die Forscher in dem Tier haben wollen. Diese Gnotobioten werden verwendet, um die symbiotischen Beziehungen zwischen einem Tier und einem oder mehreren Mikroorganismen, die seinen Körper bewohnen können, zu untersuchen. Diese Technik ist für Mikrobiologen wichtig, da sie es ihnen ermöglicht, jeweils nur einige wenige symbiotische Interaktionen zu untersuchen (siehe Wissenschaftliche Kontrolle), während Tiere, die sich unter normalen Bedingungen entwickeln, schnell eine Mikrobiota erwerben können, die Hunderte oder Tausende von einzigartigen Organismen umfasst.

Tiere, die in einer gnotobiotischen Kolonie aufgezogen werden, haben oft ein schlecht entwickeltes Immunsystem, eine geringere Herzleistung, dünne Darmwände und eine hohe Anfälligkeit für Infektionserreger.

Solche Tiere können auch in der Tierproduktion eingesetzt werden, insbesondere in der Schweinezucht. Nach der Kaiserschnittgeburt werden diese Tiere schrittweise an ihre natürliche Mikroflora herangeführt. Dies vermeidet unerwünschte Infektionen und führt zu einem schnelleren Wachstum.

Gnotobiotische FischeEdit

Fische haben als Modellorganismen für die gnotobiotische Forschung zahlreiche Vorteile. Insgesamt haben Fische im Vergleich zu Säugetieren eine deutlich höhere Anzahl von Nachkommen pro Fortpflanzungsereignis. Dies kann bis zu Tausenden von Eiern reichen, von denen jedes in einer schützenden Außenmembran, dem Chorion, enthalten ist. Diese Chorionmembran ermöglicht es, die Eier vor der Aufzucht in einer gnotobiotischen Umgebung leicht zu desinfizieren, so dass keine invasiven Operationen wie ein Kaiserschnitt erforderlich sind. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich die Fischeier schnell entwickeln, so dass problemlos Mehrgenerationenstudien durchgeführt werden können. Wie bei Säugetieren wird die Mikrobiota von Fischen mit der Nährstoffverdauung, der Stimulierung des Immunsystems, der Darmentwicklung und anderen wichtigen physiologischen Prozessen in Verbindung gebracht. So können Fische, die in einer gnotobiotischen Umgebung aufgezogen werden, zahlreiche physiologische Veränderungen im Vergleich zu Fischen aufweisen, die normalen Umweltmikroorganismen ausgesetzt sind.

In der Vergangenheit wurden gnotobiotische Fische aufgrund ihrer Bedeutung als Modellorganismus für die Humanforschung verwendet. Mit der zunehmenden Verbreitung von Aquakulturen zur nachhaltigen Nahrungsmittelproduktion werden gnotobiotische Studien, die sich auf die Maximierung der Produktion und die Erhaltung gesunder Populationen in Gefangenschaft konzentrieren, jedoch immer häufiger durchgeführt. Obwohl diese Studien aufgrund ihrer Auswirkungen auf die Ernährung und die immunologischen Prozesse von Zuchtfischen zunehmend an Bedeutung gewinnen, wird der Großteil der Forschung nach wie vor nur an einigen wenigen Fischarten, wie z. B. dem Zebrafisch, durchgeführt. Da derzeit viele Fischarten in Aquakulturen gezüchtet werden, ist die geringe Anzahl von Fischarten, die in der gnotobiotischen Forschung verwendet werden, immer noch eine bekannte Einschränkung für dieses wachsende Feld.