II Mikrobiologiset laatuvaatimukset
Gnotobioottiset eläimet, olivatpa ne sitten axenic (eli, bakteerittomia) tai joihin liittyy määritelty mikrobiomi, joka koostuu muutamista ei-patogeenisistä bakteereista, muodostavat pienen osan tutkimuksessa käytetyistä eläimistä; niiden käyttö kuitenkin todennäköisesti lisääntyy, kun tutkimus mikrobiomin syvällisistä vaikutuksista ja moninaisista vaikutuksista ihmisen terveyteen ja tutkimusmallien kokeellisista vasteista lisääntyy (Bech-Nielsen ym., 2012; Friswell ym., 2010; Grada ja Weinbrecht, 2013). Kuten jo mainittiin, useimpiin koe-eläimiin viitataan SPF-merkinnällä osoituksena siitä, että HM on osoittanut niiden olevan vapaita poissulkemisluettelossa mainituista taudinaiheuttajista.
Jyrsijöiden, kanien ja muiden yleisten koe-eläinlajien poissulkemisluettelot on olennaisesti yhdenmukaistettu kaikkialla kehittyneessä maailmassa koe-eläintieteellisten järjestöjen ponnistelujen (Guillen, 2012; Nicklas, 2008; Nicklas ym., 2002) ja biolääketieteellisen tutkimuksen globalisoitumisen myötä. Lisäksi kilpailu asiakkaista kannustaa myyjiä tarjoamaan SPF-eläimiä, jotka ovat vapaita uusista löydetyistä taudinaiheuttajista, ja diagnostisia laboratorioita kehittämään testejä näille taudinaiheuttajille (Shek, 2000). SPF-hiirten ja -rottien poissulkemisluettelot ovat useista syistä laajemmat kuin kaniinien ja muiden yleisten koe-eläinlajien luettelot. Ensinnäkin, koska hiiret ja rotat muodostavat valtaosan tutkimuksessa käytettävistä eläimistä, on selvää, että niiden kotoperäisistä taudinaiheuttajista tiedetään enemmän kuin muiden vähemmän käytettyjen koe-eläinlajien taudinaiheuttajista. Tartuntataudeille erittäin alttiiden sisäsiittoisten sekä luonnollisesti ja geneettisesti muunnettujen immuunipuutteisten mutanttijyrsijäkantojen moninaisuus (Compton et al., 2003; Franklin, 2006) yhdessä herkkien immunomääritysmenetelmien (Smith, 1986b) ja molekyyligenetiikan edistysaskeleiden (Compton ja Riley, 2001) kanssa on myötävaikuttanut sellaisten jyrsijöiden taudinaiheuttajien (Fox ym., 1994; Ward ym., 1994a) löytämiseen ja luonnehdintaan, joiden on todettu aiheuttavan laboratoriojyrsijäkolonioiden kaikkialle levinneitä, näkymättömiä infektioita (Hsu ym., 2006; Shames ym., 1995). Lisäksi hiirijyrsijöiden tutkimusmallien yleisyys on kannustanut diagnostisia laboratorioita ja myyjiä kehittämään ja tarjoamaan spesifisiä serologisia ja PCR-määrityksiä virusperäisille ja muille vaativille mikrobipatogeeneille, joita ei voida havaita suoralla mikroskooppisella tutkimuksella tai kulttuurieristyksellä, pian niiden löytymisen jälkeen. Sitä vastoin kaupallisilla myyjillä ja diagnostisilla laboratorioilla ei ole ollut juurikaan kysyntää tutkimus- ja koe-eläinlääkäriyhteisöiltä tarjota rutiininomaisia serologisia ja PCR-testejä vuosikymmeniä sitten tunnistetuille kanin viruksille, kuten lapin parvovirukselle (Matsunaga ja Matsuno, 1983) (jonka sekvensointi on hiljattain osoittanut olevan bocavirus (henkilökohtainen tiedonanto, K Henderson)), kanin suolistoperäiselle koronavirukselle (Deeb et al., 1993; Descoteaux ja Lussier, 1990; Descoteaux ym., 1985) ja leporidiherpesvirus 2 (Matsunaga ja Yamazaki, 1976). Lopuksi, rederivaatio hysterektomialla tai alkionsiirrolla (ET) kaikkien eksogeenisten patogeenien eliminoimiseksi on vakiokäytäntö SPF-hiirille ja -rotille, mutta ei muille lajeille.
SPF:n poissulkemisluetteloihin hiirille ja rotille on sisällytetty kaikki tunnetut eksogeeniset virukset virulenssista riippumatta, koska pakollisena solunsisäisenä loisena virukset ovat luonnostaan invasiivisia; lisäksi ei-sytopatiaa aiheuttavien virusinfektioidenkin on osoitettu muuttavan isäntäsolujen metaboliaa (Oldstone et al., 1982). Tiukka noudattaminen dogmassa, jonka mukaan kaikki eksogeeniset virukset on suljettava pois SPF-hiiristä ja -rotista, on kuitenkin käynyt epäkäytännölliseksi monissa tutkimuslaitoksissa, joissa oireettomien MNV-infektioiden, pääasiassa geneettisesti muunnetuissa hiirissä, katsotaan olevan liian laajalle levinneitä, jotta niitä voitaisiin eliminoida. Huippuluokan molekyyligeneettiset tekniikat ovat hiljattain paljastaneet hiiren astroviruksen (Farkas ym., 2012), joka on mahdollisesti yleisempi hiirissä kuin MNV, ja ne löytävät varmasti muitakin yleisiä viruksia, jotka ovat toistaiseksi jääneet havaitsematta, koska ne ovat MPV:n, MNV:n ja hiiren astroviruksen tavoin erittäin hyvin isäntävirukseen sopeutuneita ja suurimmaksi osaksi apatogeenisiä jopa immuunipuutteisille isännille. Kuten todettiin, kaneja ja muita koe-eläinlajeja koskevat virusten poissulkemisluettelot eivät ole yhtä kattavia kuin hiirijyrsijöitä koskevat.
Ektoparasiitit, helmintit, patogeeniset alkueläimet, bakteerit ja sienet kuuluvat kaikkien SPF-eläinlajien poissulkemisluetteloihin. SPF-eläimille poissuljetut patogeeniset bakteerit ja sienet eroavat kommenssiaalisista ja autoktonisista (eli kotoperäisistä) organismeista pääasiassa sen perusteella, että ne kykenevät ylittämään anatomiset ja biokemialliset esteet asettautumaan kapeikoihin, joissa ei esiinny muita mikro-organismeja, kuten alempiin hengitysteihin ja urogenitaalisiin kanaviin, sisäelimiin ja solunsisäisesti (Casadevall ja Pirofski, 2000; Council, 2009; Merrell ja Falkow, 2004). Patogeenisuus ei välttämättä ole mikrobilajin muuttumaton ominaisuus, sillä tavallisesti ihmisravinnoksi kelpaavat mikrobit, kuten Escherichia coli, ovat muuttuneet patogeeneiksi hankkimalla toisista bakteereista siirrettyjä virulenssigeenejä liikkuvissa geneettisissä elementeissä, kuten plasmideissa, faageissa ja transposoneissa (Dobrindt ym., 2004).
Mikrobeja luokitellaan primaaripatogeeneiksi, jos ne pystyvät aiheuttamaan tautia immuunisairaille isännille. Esimerkkejä ovat Salmonella, Mycoplasma pulmonis, Helicobacter hepaticus ja Clostridium piliforme (Tyzzerin taudin aiheuttaja). Opportunistiset patogeenit, kuten Pseudomonas aeruginosa, β-hemolyyttiset streptokokit, Staphylococcus aureus ja Pneumocystis-sieni, aiheuttavat tauteja pääasiassa immuunipuutteisilla isännillä, olivatpa ne 1) säteilytyksen tai kemoterapian heikentämiä (Bosma ym., 1983; Cryz ym., 1983; Flynn, 1963; Homberger ym, 1993; Rosen ja Berk, 1977; Waggie ym., 1988; Walzer ym., 1989; Weir ym., 1986; Weisbroth ym., 1999) tai (2) luonnostaan immuunipuutteiset, kuten atyymiset alasti elävät hiiret ja vaikean yhdistetyn immuunipuutoksen (SCID) hiiret (Bosma ym., 1983; Clifford ym., 1995; Dole ym., 2013b; Henderson ym., 2012; Pantelouris ym., 1968; Ward ym., 1996). Useimmiten vain primaariset mikrobipatogeenit sisältyvät immunokompetenttien eläinten SPF:n poissulkemisluetteloihin. Pääasiassa kaupalliset myyjät lisäävät opportunisteja immuunipuutteisten ja geneettisesti muunnettujen mutanttilinjojen luetteloihin. Koska ei ole epätavallista, että opportunistit, kuten S. aureus, aiheuttavat tauteja jyrsijöiden vakiomuotoisissa (eli muissa kuin geenitekniikalla muunnetuissa) immunokykyisissä kannoissa (Besch-Williford ja Franklin, 2007), joita käytetään usein geenitekniikalla muunnettujen jyrsijälinjojen rederivaatio- ja jalostusohjelmissa, on lisääntynyt kysyntä vakiomuotoisten immunokykyisten jyrsijäkantojen ja kantojen, joissa ei esiinny opportunistisia eikä primaarisia patogeenejä, osalta. Tätä SPF-eläinten alaryhmää on kutsuttu SOPF:ksi (specific opportunistic pathogen-free).
Yhteenvetona voidaan todeta, että SPF:n poissulkemisluetteloissa olevat tartunnanaiheuttajat määräytyvät yleisten ja laitoskohtaisten kriteerien perusteella. Yleisesti ottaen hiirten ja rottien SPF-kieltoluettelot ovat kattavammat kuin vähemmän suosittujen eläinlajien luettelot, koska enemmän hiirten kotoperäisiä virusperäisiä ja isäntään sopeutuneita mikrobiperäisiä taudinaiheuttajia on tunnistettu ja tutkittu; hiirten taudinaiheuttajien serologiset ja PCR-määritykset ovat saatavilla pian niiden löytymisen jälkeen; ja rederivaatio kaikkien ulkoisten taudinaiheuttajien eliminoimiseksi SPF-hiiri- ja -rottapopulaatioiden populaatioista on vakiintunut käytäntö. Kaikkien lajien SPF:n poissulkemisluettelot sisältävät tyypillisesti ektoparasiitteja, endoparasiitteja ja primaaripatogeeneiksi luokiteltuja mikrobeja sekä viruksia; myyjät lisäävät usein opportunistisia patogeeneja immuunipuutteisia ja geneettisesti muunneltuja mutanttihiirimalleja varten.
Konsensukseen perustuvien SPF-standardien noudattaminen voi olla laitoksessa ongelmallista, jos infektioiden esiintyvyys on suuri tai jos estejärjestelmät ja -käytännöt ovat riittämättömiä estämään satunnaisten infektioiden toistumisen ja leviämisen. Monet tutkimusintensiiviset akateemiset laitokset ovat päättäneet, että hyödyt, joita saadaan poistamalla äskettäin tunnustettujen taudinaiheuttajien, kuten MNV:n ja Helicobacterin, aiheuttamat infektiot, jotka harvoin aiheuttavat tautia ja/tai ovat olleet endeemisiä niiden tutkimussiirtokunnissa useiden vuosien ajan, ovat suuremmat kuin tutkimukselle aiheutuvat häiriöt ja kustannukset. Vallitsevien taudinaiheuttajien poistaminen (ja poissulkeminen) ja yksimielisten SPF-standardien noudattaminen vähentävät kuitenkin riskiä siitä, että taudinaiheuttaja tarttuu muihin pesäkkeisiin ja häiritsee tutkimusta, ja yksinkertaistavat eläinmallien vaihtoa ja yhteistutkimuksia muiden tutkijoiden ja laitosten kanssa.