眾所周知，實(shí)驗動(dòng)物微生物質(zhì)量控制是確保研究數據準確有效的基礎。經(jīng)過(guò)一個(gè)多世紀的發(fā)展，科學(xué)家們很少再為人獸共患病、引發(fā)實(shí)驗動(dòng)物大量異常死亡的感染或其它健康問(wèn)題而憂(yōu)慮。許多實(shí)驗動(dòng)物群體中甚至不攜帶大多數條件致病菌，以確保研究所用實(shí)驗動(dòng)物的微生物狀態(tài)不會(huì )成為混淆研究結果的因素。以科研中使用最多的實(shí)驗動(dòng)物-小鼠為例，這在很大程度上得益于實(shí)驗小鼠供應商和使用單位都采用了屏障系統加獨立通風(fēng)籠具構成的隔離飼養體系和嚴格的消毒滅菌措施來(lái)控制動(dòng)物群體的整體健康狀況。然而，也正是這種做法，塑造了動(dòng)物腸道菌群的有限多樣性以及在不同的動(dòng)物設施之間動(dòng)物腸道菌群種類(lèi)和數量的巨大差異，而這種差異在多個(gè)維度上影響了動(dòng)物實(shí)驗的可重復性。

隨著(zhù)16s rRNA測序分析、宏基因組測序分析等技術(shù)的應用，越來(lái)越多的研究證明常見(jiàn)的共生菌會(huì )對動(dòng)物模型產(chǎn)生顯著(zhù)影響，不同動(dòng)物群體間的嚴格隔離措施也導致它們的微生物組成的顯著(zhù)差異，也進(jìn)一步影響研究的可重復性。一些廣泛存在于動(dòng)物粘膜表面的微生物在特定的模型中被認為具有致病性或會(huì )加劇某些疾病的表型。例如，奇異變形桿菌被證明可以誘導小鼠多巴胺能神經(jīng)元和運動(dòng)功能的損傷，從而對帕金森病模型的表型展示產(chǎn)生嚴重影響。類(lèi)似的例子還有很多，其中被討論較多的共生菌對動(dòng)物模型的影響見(jiàn)下表：

以上所述都是單一的細菌對動(dòng)物模型的影響，但實(shí)際上動(dòng)物體內所有的微生物組成的整體（即微生物組，Microbiome）和宿主的相互作用是十分復雜的。動(dòng)物模型會(huì )受到體內所有微生物的影響，特別是消化道菌群。胃腸道是種類(lèi)繁多數量巨大的細菌、真菌、原生動(dòng)物、古細菌、病毒的主要定植地。這些微生物與宿主形成相互作用，進(jìn)而影響宿主的生理功能，并因此成了研究熱點(diǎn)。最近幾年使用分子生物學(xué)技術(shù)進(jìn)行的相關(guān)研究證明動(dòng)物個(gè)體的微生物組對其表型和疾病發(fā)生及進(jìn)展有顯著(zhù)影響。如白介素10基因敲除小鼠是最常用的結腸炎模型，但在不同實(shí)驗室，其結腸炎發(fā)展的嚴重程度不盡相同，腸道微生物的組成則是產(chǎn)生這些差異的主要因素。除此之外，多篇報道還指出，化學(xué)誘導的結腸炎模型等多種其他小鼠結腸炎模型的疾病嚴重程度也依賴(lài)腸道微生物組成。除了胃腸道研究領(lǐng)域外，動(dòng)物的微生物組在神經(jīng)系統中也發(fā)揮著(zhù)重要作用，不僅對焦慮和自閉癥等模型的表型產(chǎn)生影響，也會(huì )影響實(shí)驗誘導的自身免疫性腦脊髓炎模型的表型。此外，微生物組還會(huì )影響腸道腫瘤的發(fā)生、糖尿病表型和肝臟疾病的嚴重程度等。

如果要消除由于微生物組差異導致的不良影響，一個(gè)可能的解決方案是實(shí)現實(shí)驗動(dòng)物的腸道菌群的標準化。其中最早的標準菌群是由Russel W. Schaedler首先建立的，由五種微生物組成的“Schaedler菌群”，后由R.P. orcutt修改，產(chǎn)生了現在常用的由8種微生物組成的“Altered Schaedler Flora”(ASF)菌群，詳見(jiàn)本號前文《SPF小鼠是如何起源的》。然而這種人工構建的最小微生物群落并不能模擬天然微生物群落的復雜性。ASF定植的小鼠比常規定植的動(dòng)物更類(lèi)似于無(wú)菌小鼠，這表明這種小的菌群可能導致疾病表型的喪失。目前也有研究者在建立包括更多微生物的標準菌群，其中包括“Oligo Mouse Microbiota 12”(OMM12)。該菌群目前包含了小鼠腸道中12個(gè)主要細菌種類(lèi)，其創(chuàng )建者也在改進(jìn)其組成，以提高其復雜性和多樣性。此外，使用同窩動(dòng)物或將動(dòng)物共同飼養至少四周也可以提高不同組別動(dòng)物的微生物組相似性，其中后者被認為是更簡(jiǎn)單且有效的措施。

由于SPF小鼠的微生物組多樣性缺失，對動(dòng)物免疫功能產(chǎn)生了巨大影響，其中已經(jīng)證實(shí)SPF小鼠缺乏某些記憶T細胞。有研究者發(fā)現野生小鼠和寵物鼠則具有更多樣化的菌群，其T細胞譜系也更類(lèi)似成年人類(lèi)。這些小鼠的細胞免疫系統也處于更活躍的狀態(tài)，進(jìn)而提高了宿主的適應性和抗病能力。而實(shí)驗小鼠在和這些動(dòng)物共同飼養后也能提高微生物組的多樣性，并可被誘導出和野生小鼠相似的免疫細胞譜系。盡管這種嘗試看起來(lái)比較極端，也會(huì )面臨潛在的致病性病原體的威脅，但不可否認這為提高實(shí)驗結果可靠性和可重復性提供了可能的思路，也為我們更好地理解微生物組對動(dòng)物模型的影響提供了依據。

由于目前全球范圍內的動(dòng)物設施都僅針對特定的病原體設置檢測列表，而絕大多數科研人員顯然缺乏對所用動(dòng)物微生物組成的了解。因此，將微生物組監測納入常規健康監測程序可以幫助研究者們獲得更多信息，并為應對更多動(dòng)物健康和模型表型方面的挑戰提供依據。但要實(shí)現這一目標需要更長(cháng)期的探索，目前對微生物組的分析盡管已經(jīng)有許多技術(shù)手段，但是依然存在諸多挑戰，尤其是在數據分析方面。現階段更多是在特定的研究中將微生物組成的差異或某種（些）特定細菌的豐度作為變量來(lái)考慮，并在此基礎上探究它們對研究的影響。

正如一枚硬幣的兩面，我們在確定微生物質(zhì)量控制的策略和制定動(dòng)物微生物質(zhì)量監測方案時(shí)需要同時(shí)考慮兩方面的影響，一方面需要做到保持標準化的實(shí)驗動(dòng)物不攜帶人獸共患病、對動(dòng)物健康有影響的病原體以及某些條件致病菌，另一方面也要考慮動(dòng)物微生物組對研究數據的可重復性、可靠性的影響。

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