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実験動物の飼育環境

コラム

東京大学大学院農学生命科学研究科獣医学専攻 准教授 角田 茂

1. とても綺麗な環境で飼育されている実験動物

 コロナ禍が始まって以来、マスク、手洗いが欠かせない生活になってから、あらゆる感染症が減っていますよね。人間は普段、いかに感染性微生物にさらされて生きているのか痛感する今日この頃です。

 さて、みなさんは実験動物業界の専門用語である“SPF”という言葉、ご存知ですか。

 スーパーやレストランで、SPFブタ肉など、目にしたことがあるかもしれません。

 “SPF”とはSpecific Pathogen Freeの略語であり、”特定の病原性微生物を持たないことが保証されている”ということで、言うなれば微生物学的にきれい、あるいは安全であるということになります。ヒトに感染する病原体を排除して飼育すれば、抗生物質やワクチンの投与が不要になり、健康な動物を飼育することができます。1990年頃に日本に初めてSPFブタの飼育技術を導入したのは、本学会の発起人である波岡茂郎先生(1929-2014, 北大名誉教授)で、企業との共同で日本初のSPFブタを開発されました。当時、貴重な第一号のSPFブタの焼肉を、現在の本学会・会長である佐々木先生ら学生にふるまったようです。

 さて、医学系の動物実験施設では、基本的にはSPF状態を保つための環境で動物が飼育されています。このSPF環境を維持するためには、バリア施設が必要であり、動物室内を陽圧に保つことにより外からの病原体の侵入をブロックするような特殊な構造の建物に、実験従事者および動物の厳密な入退室管理、滅菌・消毒した飼料や水、ケージの供給・使用など、大変なコストと労力を掛けて管理運営が行われています。

 ちなみに、SPF環境維持が適切に行われていることを保証するために、定期的な微生物モニタリングが実施されています。例えば、実験動物中央研究所ICLASモニタリングセンターに検査をお願いした場合、12〜19項目のSPF対象微生物検査セットで14,500〜25,000円/匹となっていることからも、SPF維持が高コストであることがおわかりいただけるかと思います。

 では、なぜ研究にSPF環境で飼育したクリーン動物を用いるのでしょうか。

 まず、実験動物に対する動物福祉の観点から、環境省の基準に疾病予防が義務付けられており(1,2)、SPF環境での飼育はその一つとなります。また、実験に用いた動物が病原性微生物に感染していた場合、実験成績に影響を及ぼし、再現性のある正しい実験結果を得ることが出来なくなってしまうことも重要なポイントです。加えて、ヒトがん研究や、再生医療・幹細胞研究において、動物にヒト細胞の移植実験を行う際、レシピエント(移植を受ける側)には重度免疫不全動物が必要になります。このような免疫不全動物を飼育するためには、高度にクリーンな環境が必須となる訳です。

 このような事情から、医学系の動物実験施設では大変なコストを掛けながらも基本的にSPF環境で動物を飼育しています。ちなみに、我が国における実験動物のSPF化には、前述の実験動物中央研究所の創設者である野村達次先生が多大な貢献をしており、1962年に川崎市野川にSPF動物生産施設を作り、SPFマウスの種親を米国より輸入して、野川でSPFマウスの生産を開始したそうです(3)

2. 実験モデルと飼育環境

 ところで、ヒトの疾患を考えた場合、クリーン動物の結果は必ずしも適切でない(クリーンな飼育環境では病態を反映できない)ことがあります。私たちの研究グループが経験した事例をご紹介したいと思います。

 私がかつて東大医科研に所属していた際、特定の糖鎖を認識する自然免疫受容体の一群であるC型レクチン受容体ファミリー分子の研究プロジェクトに参画していました。この中で、デクチン1というカビの細胞壁構成成分の一つであるβグルカンのセンサー分子をコードする遺伝子Clec7aを欠損させたマウス(Clec7a KOマウス)を用いて、デクチン1の免疫応答における役割の解明に関する研究を行なっていました。私たちは、研究所のSPF環境で飼育しているClec7a KOマウスを用いて大腸炎発症におけるデクチン1の役割を調べました。マウスにデキストラン硫酸ナトリウム塩(DSS)含有水を与えて飼育するだけで、ヒトの潰瘍性大腸炎に類似した急性の大腸炎を誘発することが出来る方法があり、ヒト潰瘍性大腸炎の疾患モデルとして広く使われています。私たちがClec7a KOマウスにDSSを投与して誘導大腸炎を誘発すると、対照の正常マウスと比較して大腸炎がとても軽症となっていることがわかりました。そこでこの結果をまとめて発表しようとしていたところ、Cedars-Sinai Medical Center(アメリカ)の研究グループからClec7a KOマウスにDSS誘導大腸炎を行うと増悪化するという真逆の研究結果が報告されました。ヒトの薬物療法不応答潰瘍性大腸炎(MRUC)患者はCLEC7A遺伝子座に存在する2つの一塩基多型(SNP)ハプロタイプと相関があるという結果と併せての説得力のある研究成果であり、トップジャーナル“Science”誌に掲載されました(4)。ではなぜ、私たちの研究グループと正反対の結果となっていたのでしょうか。

 Cedars-Sinai Medical Centerの研究グループは、日和見病原性真菌であるカンジダ菌がマウス腸内に存在しており、DSS投与で大腸上皮が傷害を受けバリア機能が破綻した際にデクチン1が存在しないとカンジダ菌をうまく排除出来ずに炎症が増悪化すると説明していました。これはヒトMRUC患者でも同様に説明可能とのことでした。デクチン1は特定の真菌に対する自然免疫センサー分子としての役割を持っていることから、まさに予想されうる結果です。一方、私たちの動物は極めてクリーンな環境で飼育していたことから腸内真菌が存在せず、このような増悪化は起こりようがなかったのです。そのため、デクチン1の持つ別の機能によって腸管が抗炎症の状態になっていたのです(詳細については参考文献5,6,7をお読みください)。

3. 最後に

 私たちは、再現性のある質の高い動物実験を担保するために、実験動物をクリーンな状態を保ちながら大切に飼育しています。これはがん研究や再生医療研究には欠かせないものなのですが、免疫学などに関係する研究を行う際には、少し注意が必要です。SPF環境で飼育されたマウスの免疫状態は、ヒトでいうと未成熟な幼児の状態に近いとの報告もなされています(8)。すなわち、病態を発現させるため“ちょうどよい”程度の感染症(環境微生物)への暴露も必要という概念もあると思うのですが、それをコントロールし、さまざまな研究に対して適切な環境を一律に提供するというのは現実的ではないのかもしれません。

 最近、コロナ感染を防ぐ目的による過剰な対応(行き過ぎた清潔な環境維持)のため、子供たちが幼少期にかかることの多い疾患(サイトメガロウイルス、EBウイルス、トキソプラズマなど)にかからずに大人になってしまうことが想定されており、将来の危険性が憂慮されています。

 ヒトの現実社会も、実験動物の衛生管理も、一筋縄ではいきませんね。

4. 参考文献

1. 実験動物の飼養及び保管並びに苦痛の軽減に関する基準 (環境省)

https://www.env.go.jp/nature/dobutsu/aigo/2_data/nt_h180428_88.html (cited 2022. Sept. 29)

2. 実験動物の飼養及び保管並びに苦痛の軽減に関する基準の解説 (環境省)

https://www.env.go.jp/nature/dobutsu/aigo/2_data/pamph/h2911.html (cited 2022. Sept. 29)

3. 六匹のマウスから―「私史」日本の実験動物・45年 講談社(1991)

4. Iliev I.D. et al., Interactions between commensal fungi and the C-type lectin receptor Dectin-1 influence colitis. Science 336(6086): 1314-17 (2012) DOI: 10.1126/science.1221789

5. Tang C. et al., Inhibition of Dectin-1 Signaling Ameliorates Colitis by Inducing Lactobacillus-Mediated Regulatory T Cell Expansion in the Intestine. Cell Host Microbe 18 (2): 183-97 (2015) DOI: 10.1016/j.chom.2015.07.003

6. 唐 策ら.低分子βグルカン摂取により炎症性腸疾患を予防,改善する 昆布がお腹の調子を整える!—腸内細菌を介した分子機構の解明— 生物と化学 55(2): 128-34 (2017)  DOI: 10.1271/kagakutoseibutsu.55.128

7. Iliev I.D. Dectin-1 Exerts Dual Control in the Gut. Cell Host Microbe 18 (2): 139-41 (2015)  DOI: 10.1016/j.chom.2015.07.010

8. Beura L.K. et al., Normalizing the environment recapitulates adult human immune traits in laboratory mice. Nature 532(7600): 512-6 (2016) DOI: 10.1038/nature17655

JALAM教育委員会

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