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ノトビオシス（ギリシャ語のgnostos「既知」とbios「生命」に由来）とは、微生物叢を含む、その内部または表面のあらゆる生命形態（すなわち、微生物）が特定されている生物の改変された状態を指す。[1]ノトバイオート生物またはノトビオートという用語は、既知の微生物の特定のコミュニティ（等生または定義された植物相動物）でコロニー化されたモデル生物、または実験目的で微生物を含まない（無菌）モデル生物を指すことがある。[2] [3] [4] [5]ノトバイオシスの研究と、宿主生物と微生物の相互作用を研究するためのツールとしてのさまざまな種類のノトバイオートモデル生物の生成は、ノトバイオロジーと呼ばれる。[2]
歴史
ノトバイオロジーの概念と分野は、19世紀後半のルイ・パスツールとマルセリ・ネンキの論争から生まれました。パスツールは動物の生命が繁栄するためには細菌が必要だと主張し、ネンキは動物は細菌がいなければより健康になると主張しました。 [2]しかし、ノトバイオティクス協会が設立されたのは1960年になってからでした。[4]ノトバイオロジーの初期の試みは、不十分な設備と栄養知識によって制限されていましたが、栄養科学、動物解剖学と生理学、免疫学の進歩により、ノトバイオティクス技術の改善が可能になりました。[6]
方法
モルモットは1896年にジョージ・ナットルとハンス・ティアフェルダーによって記述された最初の無菌動物モデルであり、今日でも無菌生物学で使用されている技術を確立しました。[7]無菌環境を維持するための初期の方法は、滅菌ガラス瓶とグローブボックスを使用していましたが、1939年にノートルダム大学で開催された顕微鏡的および無菌的方法に関するシンポジウムでは、この分野における方法の統一をめぐる議論に発展しました。 [4]無菌生物学における初期（1930〜1950年代）の成果の多くは、ノートルダム大学、ルンド大学、名古屋大学で生まれました。[7] [8]ノートルダム大学細菌学研究所（LOBUNDとして知られる）は、ジョン・J・キャバノーによって設立され、無菌生物学研究の分野で最も注目すべき成果のいくつかを挙げたことで知られています。[7] [8] James A. Reyniersの指導の下、LOBUNDでの初期の研究は、動物を滅菌し、高圧蒸気滅菌されたスチール製アイソレーターを使用して動物を維持することにより、ノトバイオートを得ることに焦点を当てていました。しかし、研究所でのその後の研究は、この分野の焦点を無菌で生まれた動物のコロニーを確立することに移しました。 [4]最初の無菌ラットのコロニーは、1946年にスウェーデンの科学者Bengt Gustafssonによって蒸気滅菌アイソレーターを使用して生成され、維持されました。[6]滅菌に過酢酸蒸気を使用する柔軟なフィルムアイソレーターは、1950年代に開発され始めました。[4] LOBUNDの洗練された滅菌技術と製造方法の変更により、アイソレーターのサイズとコストが大幅に削減され、ノトバイオート研究がより普遍的にアクセス可能になりました。[7] [8] ノトバイオート研究と技術の数多くの進歩の後、今日のノトバイオート研究が直面している主な課題は、コスト、スペース、効率、および操作手順の要件です。[7] 2015年には、ノトバイオートマウスのケージの維持費は非ノトバイオートマウスのケージの維持費の4倍以上となり、NIHなどの機関からの連邦政府助成金などの一般的な資金源を使用して施設を設立し維持することが困難になりました。 [ 7]
アプリケーション
無菌生物学の分野は、当初は微生物が存在しない環境でも生物が生存できることを証明することに重点が置かれ、最終的には研究ツールとして無菌生物が開発されました。[5] 1950年代から1970年代にかけては、細菌の不在が宿主生物の代謝や生理に及ぼす影響を研究するために無菌モデルが使用され、後に無菌生物に特定の微生物を意図的に感染させてその機能や生物医学分野に関連するその他の問題を調査するようになりました。[9] 1970年代初頭には、無菌生物が宿主の栄養獲得や免疫応答における微生物の役割を研究するために使用されましたが、無菌コロニーで飼育された動物は免疫系が未発達で、心拍出量が低く、腸壁が薄いことが多く、感染性病原体に非常に感染しやすいため、この研究には限界がありました。[10] [11] 1970年代初頭以降、ノトバイオート研究は1980年代半ばまで減少しました。[7] 21世紀には、ノトバイオートモデルシステムは、研究者が高度に制御された宿主システム内の特定の微生物を調査することを可能にするため、宿主生物とその共生微生物叢との相互作用を調査するための重要なツールになりました。 [12]歴史的に、マウスモデルは、微生物叢の構成（存在する微生物）が宿主の免疫系、神経系、代謝、生理機能に与える影響を調査するために使用されてきましたが、この分野への関心が高まるにつれて、これらのトピックに関連するより多様な質問に対処するために他のモデル生物が組み込まれるようになりました。[3]
動物
ノトバイオート動物（gnotobiote）は、相互作用するすべての微生物が既知で管理されている動物です。[13]ノトバイオート動物は通常、無菌状態で生まれます。これには、帝王切開で母親から取り出された新生児をすぐにアイソレーターに移し、入ってくる空気、食物、水をすべて滅菌することが含まれます。[10]ノトバイオートは通常、無菌の研究室環境で飼育され、研究者が関心のある微生物に意図的にさらされるだけです。[5] マウスとラットは研究に使用される一般的なノトバイオート動物ですが、重要なノトバイオートの他の例としては、線虫（C. elegans）、ショウジョウバエ（D. melanogaster）、ゼブラフィッシュ、子豚などがあります。[3]ノトビオートは、宿主の解剖学や生理学、宿主と特定の微生物との間の特定の共生相互作用、化学物質が宿主とその微生物叢に与える影響を研究するための制御された環境として使用されます。[9]
哺乳類
げっ歯類（主にマウスとラット）は、無菌感染の研究に使用される最も一般的な哺乳類モデルシステムであり、腸管および微生物とその宿主との相互作用に関連するヒトの健康の研究に広く使用されています。しかし、最近では、無菌マウスを使用して腸管内の異なる微生物間の相互作用（微生物間相互作用）を研究することが増えています。[5] [14]ヒト化無菌マウス、またはヒトの糞便による糞便微生物叢移植によってヒトの腸内微生物を導入した無菌マウスは、腸内微生物叢と宿主の癌、免疫系、および栄養との関係を 研究する文脈で使用されます。 [15]無菌マウスおよびラットシステムの利点には、生物の均一性、歴史的普及、および確立されたシステム固有の方法、ならびに信頼性の高い無菌マウスおよびラットを商業的に入手できることが含まれます。[5]
魚
ノトバイオート魚は人間の健康のためのモデル生物として使われてきた。[3] [7]しかし、持続可能な食糧生産のための養殖への関心が高まり、生産の最大化と飼育下の健康な個体群の維持に焦点を当てたノトバイオート研究が普及しつつある。[16] 研究の大部分は、ゼブラフィッシュなど数種の魚類でのみ行われている。[7] [16]ノトバイオート魚システムの利点には、生殖イベントあたりの子孫数が多いことと、世代時間が短いこと、卵を消毒できることなどがある。[7] [16]
植物
ノトバイオート植物とは、微生物が存在しない状態で栽培される植物（無菌、無菌、または滅菌）か、1種類（一酸化炭素中毒）または2種類以上（多酸化炭素中毒）の既知の微生物が存在する状態で栽培される植物である。[17]ノトバイオート植物を得るために、研究者は種子の表面に化学物質（エタノール、次亜塩素酸ナトリウム（漂白剤）、過酸化水素など）を使用して種子を殺菌する。 [17]ノトバイオートシステムを生成するために、シロイヌナズナ、ピーナッツ、オート麦、トウモロコシなど、さまざまな植物が使用されてきた。 [17]動物と同様に、ノトバイオート植物システムは、宿主生理学の不可欠な要素（窒素固定など）[5]や、植物と微生物の病原性および共生相互作用の研究に使用されてきた。[17]
参照
参考文献
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