II Microbiological Quality Specifications
Gnotobiotische dieren, of ze nu axenisch (d.w.z., kiemvrij) of geassocieerd met een gedefinieerd microbioom bestaande uit enkele niet-pathogene bacteriën, maken een klein deel uit van de dieren die in onderzoek worden gebruikt; hun gebruik zal echter waarschijnlijk toenemen met de groei van het onderzoek naar de diepgaande invloeden en uiteenlopende effecten van het microbioom op de menselijke gezondheid en de experimentele reacties van onderzoeksmodellen (Bech-Nielsen et al., 2012; Friswell et al., 2010; Grada en Weinbrecht, 2013). Zoals reeds vermeld, worden de meeste proefdieren aangeduid als SPF om aan te geven dat ze door HM vrij zijn bevonden van pathogenen op een uitsluitingslijst.
Exclusielijsten voor knaagdieren, konijnen en andere veel voorkomende proefdiersoorten zijn in de ontwikkelde wereld aanzienlijk geharmoniseerd als gevolg van de inspanningen van organisaties voor proefdierkunde (Guillen, 2012; Nicklas, 2008; Nicklas et al., 2002), en de globalisering van biomedisch onderzoek. Bovendien moedigt de concurrentie om klanten leveranciers aan om SPF-dieren aan te bieden die vrij zijn van nieuw ontdekte pathogenen en diagnostische laboratoria om tests voor die pathogenen te ontwikkelen (Shek, 2000). De uitsluitingslijsten voor SPF muizen en ratten zijn om een aantal redenen uitgebreider dan die voor konijnen en andere veel voorkomende soorten laboratoriumdieren. Ten eerste, aangezien muizen en ratten de overgrote meerderheid uitmaken van de dieren die in onderzoek worden gebruikt, ligt het voor de hand dat er meer bekend is over hun inheemse ziekteverwekkers dan over die van andere, minder gebruikte soorten laboratoriumdieren. De diversiteit van ingeteelde en natuurlijk en genetisch gemanipuleerde immunodeficiënte mutante knaagdierstammen die zeer vatbaar zijn voor infectieziekten (Compton et al, 2003; Franklin, 2006), in combinatie met gevoelige immunoassay-methoden (Smith, 1986b) en vooruitgang in de moleculaire genetica (Compton en Riley, 2001), heeft bijgedragen tot de ontdekking en karakterisering van knaagdierpathogenen (Fox et al., 1994; Ward et al., 1994a) die de oorzaak blijken te zijn van alomtegenwoordige, onopvallende infecties van laboratoriumknaagdierkolonies (Hsu et al., 2006; Shames et al., 1995). Bovendien heeft het overwicht van onderzoeksmodellen op muizenknaagdieren diagnostische laboratoria en verkopers sterk gestimuleerd om specifieke serologische en PCR-tests te ontwikkelen en aan te bieden voor virale en andere snelle microbiële pathogenen – die niet kunnen worden gedetecteerd door direct microscopisch onderzoek of culturele isolatie – kort na hun ontdekking. Commerciële verkopers en diagnostische laboratoria hebben daarentegen weinig vraag gehad van de onderzoeks- en laboratorium diergeneeskundige gemeenschappen om routinematige serologische en PCR testen te leveren voor konijnenvirussen die al tientallen jaren geleden ontdekt zijn, zoals het lapine parvovirus (Matsunaga en Matsuno, 1983) (waarvan sequenering onlangs heeft aangetoond dat het een bocavirus is (persoonlijke mededeling, K Henderson)), konijnen enterisch coronavirus (Deeb et al., 1993; Descoteaux and Lussier, 1990; Descoteaux et al., 1985), en leporid herpesvirus 2 (Matsunaga and Yamazaki, 1976). Tenslotte is rederivatie door hysterectomie of embryotransfer (ET) om alle exogene pathogenen te elimineren de standaardpraktijk voor SPF-muizen en -ratten, maar niet voor andere soorten.
SPF-uitsluitingslijsten voor muizen en ratten hebben alle bekende exogene virussen opgenomen, ongeacht hun virulentie, omdat virussen als obligate intracellulaire parasieten inherent invasief zijn; bovendien is aangetoond dat zelfs niet-cytopathische virale infecties het metabolisme van gastheercellen veranderen (Oldstone et al., 1982). Strikte naleving van het dogma om alle exogene virussen van SPF muizen en ratten uit te sluiten, is echter onpraktisch geworden in vele onderzoeksinstellingen waar asymptomatische MNV infecties, voornamelijk in genetisch gemanipuleerde muizen, worden beschouwd als te wijdverspreid om te kunnen worden geëlimineerd. Met geavanceerde moleculair-genetische technieken is onlangs een murien astrovirus ontdekt (Farkas et al., 2012), dat mogelijk vaker bij muizen voorkomt dan MNV, en er zullen zeker nog andere prevalente virussen worden gevonden die tot nu toe aan opsporing zijn ontsnapt omdat ze, net als MPV, MNV en murien astrovirus, sterk aan de gastheer zijn aangepast en over het algemeen apathogeen zijn, zelfs voor immunodeficiënte gastheren. Zoals opgemerkt, zijn virale uitsluitingslijsten voor konijnen en andere laboratorium diersoorten minder uitgebreid dan voor muizen knaagdieren.
Ectoparasieten, helminths, pathogene protozoa, bacteriën en schimmels maken deel uit van de uitsluitingslijsten van alle SPF diersoorten. De voor SPF-dieren uitgesloten pathogene bacteriën en schimmels onderscheiden zich vooral van commensale en autochtone (d.w.z. inheemse) organismen door hun vermogen om anatomische en biochemische barrières te overschrijden en zich te vestigen in niches zonder andere micro-organismen, zoals de lagere ademhalingswegen en de urogenitale tractus, inwendige organen en intracellulair (Casadevall en Pirofski, 2000; Council, 2009; Merrell en Falkow, 2004). Pathogeniteit is niet noodzakelijk een onveranderlijk kenmerk van de microbiële soort, aangezien normaal gesproken commensale microben zoals Escherichia coli zijn getransformeerd in pathogenen door de verwerving van virulentiegenen die zijn overgedragen van andere bacteriën in mobiele genetische elementen zoals plasmiden, fagen en transposons (Dobrindt et al., 2004).
Microben worden geclassificeerd als primaire pathogenen als ze ziekte kunnen veroorzaken bij immunocompetente gastheren. Voorbeelden zijn Salmonella, Mycoplasma pulmonis, Helicobacter hepaticus, en Clostridium piliforme (de etiologie van de ziekte van Tyzzer). Opportunistische ziekteverwekkers zoals Pseudomonas aeruginosa, β-hemolytische streptokokken, Staphylococcus aureus en Pneumocystis fungi veroorzaken voornamelijk ziekte bij immuungecompromitteerde gastheren, of zij nu (1) immuungecompromitteerd zijn door bestraling of chemotherapie (Bosma et al., 1983; Cryz et al., 1983; Flynn, 1963; Homberger et al., 1993; Rosen en Berk, 1977; Waggie et al., 1988; Walzer et al., 1989; Weir et al., 1986; Weisbroth et al., 1999) of (2) inherent immunodeficiënt, zoals athymische naaktmuizen en ernstig gecombineerde immunodeficiënte (SCID) muizen (Bosma et al., 1983; Clifford et al., 1995; Dole et al., 2013b; Henderson et al., 2012; Pantelouris, 1968; Ward et al., 1996). Meestal worden alleen primaire microbiële pathogenen opgenomen in de SPF-uitsluitingslijsten voor immunocompetente dieren. Opportunisten worden, voornamelijk door commerciële leveranciers, toegevoegd aan lijsten voor immunodeficiënte en genetisch gemanipuleerde mutantlijnen. Omdat het niet ongebruikelijk is dat opportunisten zoals S. aureus ziekte veroorzaken in standaard (d.w.z. niet genetisch gemanipuleerde) immunocompetente knaagdierstammen (Besch-Williford en Franklin, 2007), die vaak worden gebruikt in rederivatie- en fokprogramma’s voor genetisch gemanipuleerde lijnen, is de vraag naar standaard, immunocompetente knaagdierstammen en voorraden die vrij zijn van zowel opportunistische als primaire pathogenen, toegenomen. Deze subgroep van SPF-dieren wordt aangeduid als SOPF voor specific opportunistic pathogen-free.
Samengevat worden de infectieuze agentia op de SPF-uitsluitingslijsten bepaald door algemene en instellingsspecifieke criteria. In het algemeen zijn de SPF uitsluitingslijsten van muizen en ratten uitgebreider dan die van minder populaire diersoorten omdat meer van de inheemse muriene virale en aan de gastheer aangepaste microbiële pathogenen geïdentificeerd en bestudeerd zijn; serologische en PCR assays worden beschikbaar gesteld voor muriene pathogenen kort na hun ontdekking; en rederivatie om alle exogene pathogenen uit SPF muizen- en rattenpopulaties te elimineren is standaard praktijk. De SPF uitsluitingslijsten van alle soorten bevatten meestal ectoparasieten, endoparasieten, en microben geclassificeerd als primaire pathogenen evenals virussen; leveranciers voegen vaak opportunistische pathogenen toe voor immunodeficiente en genetisch gemanipuleerde mutante muismodellen.
Het voldoen aan consensus SPF normen kan problematisch zijn in een instelling als de prevalentie van infectie hoog is of als barrièresystemen en praktijken ontoereikend zijn om te voorkomen dat onvoorziene infecties terugkomen en zich verspreiden. Veel onderzoeksintensieve academische instellingen hebben besloten dat de voordelen van het elimineren van prevalente infecties met recentelijk erkende agentia zoals MNV en Helicobacter, die zelden ziekte veroorzaken en/of al vele jaren endemisch zijn in hun onderzoekskolonies, niet opwegen tegen de verstoring van het onderzoek en de kosten die dit met zich meebrengt. Het elimineren (en uitsluiten) van prevalente pathogenen en het naleven van consensus SPF-normen vermindert echter het risico dat een pathogeen bijkomende kolonies infecteert en het onderzoek verstoort, en vereenvoudigt de uitwisseling van diermodellen en collaboratieve studies met andere onderzoekers en instellingen.