האכלה של קרציות בבעלי חיים להילוכים וXenodiagnosis במחקר מחלת ליים
Summary
מחלת ליים היא המחלה וקטור הנישא ביותר המדווח בדרך כלל בצפון אמריקה. הסוכן סיבתי, Borrelia burgdorferi הוא חיידק החיידק מועבר על ידי קרציות Ixodid. הילוכים וזיהוי של זיהום במודלים של בעלי חיים מותאם על ידי השימוש בהאכלה לתקתק, שאנו מתארים כאן.
Abstract
הילוכים הסוכן האטיולוגי של מחלת ליים, Borrelia burgdorferi של, מתרחש על ידי ההתקשרות והאכלת דם של מיני קרצית קרציות על מארחים של יונקים. בטבע, פתוגן חיידקי zoonotic זה עשוי להשתמש במגוון של מארחים מאגר, אך העכבר הלבן רגל (leucopus Peromyscus) הוא המאגר העיקרי לקרציות זחל וnymphal בצפון אמריקה. בני אדם הם מארחים מקריים בתדירות הגבוהה ביותר נגועים ב ' burgdorferi ידי עקיצת קרציות בשלב nymphal. B. burgdorferi מתאים את עצמו למארחיו לאורך כל מחזור enzootic, ולכן את היכולת לחקור את הפונקציות של החיידקים הללו ואת ההשפעות שלהם על מארחים יונקים דורשת שימוש בהאכלה לתקתק. בנוסף, הטכניקה של xenodiagnosis (באמצעות הווקטור הטבעי לאיתור ושחזור של גורם מזהם) כבר שימושית במחקרים של זיהום מסתורי. על מנת לקבל nymphal קרציות שB. הנמל burgdorferi,קרציות נמאס חיידקים חיים בתרבות דרך צינורות נימים. שני מודלים של בעלי חיים, עכברים וקופים לא אנושיים, הם נפוצים ביותר ללימודי מחלת ליים מעורבים האכלה לתקתק. אנו מדגימים את השיטות שבן יכולות להיות מוזנת קרציות אלה עליו, והתאוששו מבעלי חיים לאף אחד מזיהום או xenodiagnosis.
Introduction
ב2011, מחלת ליים הייתה המחלה ארצית Notifiable הנפוצה ביותר 6 בצפון אמריקה (http://www.cdc.gov/lyme/stats/index.html). B. burgdorferi הוא חיידק צדדי, שניהם מבחינה גנטית וantigenically (הנסקרת ב 1). החוקה הגנטית שלו כוללת כרומוזום גדול (> 900 KB) ועד 21 פלסמידים (12 ליניארית, עגול 9), עם התוכן משתנה בין פלסמיד מבודד. זה יותר מה ללמוד על החיידק זה, כמו מעל 90% ממסגרות הקריאה פתוחה פלסמיד אינם קשורים לכל רצפים חיידקים ידועים 2,3. B. burgdorferi מציג מגוון רחב של אנטיגנים כמטרות פוטנציאליות של חסינות מארחת. עם זאת, זיהום שלא טופל נמשך לעתים קרובות. האינטראקציה של חיידקים עם המילייה תקתק וסביבת מארח החוליות מחייבת הסתגלות על ידי ב ' burgdorferi לאורך כל תהליך הזיהומים. בקידוד פלסמיד כמההגנים ידועים לבוא לידי ביטוי באופן דיפרנציאלי בתגובה לשינויים בטמפרטורה, pH, צפיפות תאים ואף שלב של מחזור החיים של קרצית 4-8.
המחקר של B. הסתגלות burgdorferi לאורך מחזור enzootic, ותגובות מארח בעקבות זיהום על ידי התוואי הטבעי מסתמך על היכולת להאכיל קרציות במודלים של בעלי החיים מתאימים. מחקרים כאלה נתקלים באתגרים הטכניים של יצירת קרציות כי נמל B. burgdorferi, ולהבטיח את העברת ו / או האכלה היעילה של קרציות במחשב המארח למופת. בנוסף, הבלימה וההתאוששות של קרציות נגועות היא חיונית. בין הדגמים השתמשו בעכברים וקופים לא אנושיים, כל אחד מהם משמש ככלי חשוב במחקר הם מחלת ליים. כמו עם העכבר לבן רגל, שהוא מארח מאגר טבעי לB. burgdorferi, עכבר המעבדה הוא מארח רגיש מאוד שתומך בזיהום מתמשך של ב ' burgdorferi 9. תחשיב היחסיםגעיית זיהום של עכברי מחלה רגישה, כגון מתח C3H, החיידקים להפיץ לרקמות רבות, כוללים העור, שלפוחית השתן, שרירים, מפרקים ולב. תגובות דלקתיות לזיהום להוביל ללב חולה ורקמת מפרקים. בעוד שהחיידקים להתמיד במארח זה ולהישאר זיהומיות, נגעים דלקתיים יכולים להיות לסירוגין, לא בניגוד לתהליך בבני אדם. מודל העכבר ובכך סיפק מידע רב על B. הפתולוגיה מושרה burgdorferi, כולל דלקת פרקים וcarditis ולארח תגובות חיסוניים 10-12. מנקודת המבט של הפתוגן, גנים מסוימים מתבטאים באופן דיפרנציאלי במהלך הדבקה של יונקים היו מאופיינים, כפי שיש לי כמה נחוץ להעברה מוקטור תקתק 13-21.
למרות שכמה מינים של בעלי חיים ששמשו במחקר מחלת ליים 22, קופי רזוס לחקות באופן קרוב ביותר את האופי רב איבר של מחלות אנושיות 23. בניגוד לאחריםמודלים של בעלי חיים, ורוחבה של ביטויי מחלה כגון migrans אודם, carditis, דלקת פרקים, ונוירופתיה של מערכת עצבים ההיקפית ומרכזית שנצפו בקופי מקוק. בעכברים, מארח המאגר לB. burgdorferi, מחלה משתנה לפי זן עכבר וגיל 24, תוך הגילויים מוקדם והופץ מאוחר הם 9 נדירים. בנוסף, מכרסמים אחרים, lagomorphs, וניבים כל נכשלים להפגין מחלה נוירולוגית מB. זיהום burgdorferi 25. חשוב לציין, קופי מפגין סימנים שאופייניים לכל שלושת השלבים של borreliosis ליים, כלומר,, הופץ מוקדם מוקדם מקומי, ושלב מאוחר מחלת ליים 26-28. migrans אריתמה (EM) הוא חשב להתרחש ב70-80% מהמקרים אדם 29, ובא לידי הביטוי גם בקופי רזוס 28,30. בעקבות זיהום, החיידקים להפיץ מהאתר של חיסון לאיברים מרובים. Spirochetal DNA זוהה בmu השלדscles, לב, שלפוחית השתן, עצבים היקפיים ומקלעת, כמו גם במערכת העצבים המרכזית (מוח, גזע המוח ומוח קטן, בעמוד השדרה, ומאטר דורה) ביום 31.
סמן האכלה על עכברים נוצלה על ידי בנו וצוות מחקר נוסף להתפשטות של מושבות לתקתק, ביכולת מאגר מלומדת 32-36 ובמחקרים של B. burgdorferi פתוגנזה 37-40. טכניקה זו שימשה גם לxenodiagnosis ובדיקה של יעילות חיסון בעכברי 41-44. יש לנו נמאס קרצית קרציות על פרימטים לא אנושיים לפיתוח מודל 28, מחקר של יעילות חיסון 45, ולxenodiagnosis בהערכה של טיפול אנטיביוטי שלאחר התמדת 46. קרציות שB. הנמל יכול להישמר burgdorferi במחזור enzootic טבעי על ידי האכלת זחלים על עכברים נגועים ובאמצעות נימפות ללימודים, כפי שמועברים החיידקים בשלבי החיים. בדוח זה, אנו מורים על איך ליצור קרציות נגועים בסוג בר או B. המוטציה burgdorferi, באמצעות נימי צינור האכלה. זה גם יכול להתבצע על ידי microinjection 47 ועל ידי טבילה 48. מטרתו של מבוא המלאכותי של B. burgdorferi לקרציות יכולה להיות ללמוד זנים מוטנטים יכולת העברתו אינו ידוע, כדי ליצור קבוצה של קרציות עם שיעור זיהום גבוה, וכדי להפחית את הפוטנציאל לטעויות על ידי שמירה על מושבה תקתק נקייה ואחר נגוע. בנוסף, אנו מדגימים האכלה לתקתק על עכברים וקופים לא אנושיים, כדי להבטיח בלימה והתאוששות של קרציות הרצופה. השימוש בהאכלה לתקתק הוא חיונית למחקרים עתידיים של מערכת החיסונית ל-B זיהום burgdorferi, יעילות חיסון ליים פוטנציאלית, וxenodiagnosis לגילוי זיהומי תורת הנסתר.
Protocol
Representative Results
Discussion
על מנת לקבל קרציות שB. הנמל burgdorferi ללימודים במורד הזרם, קרציות יכולות להיות: (1) האכיל בעכברים נגועים בשלב הזחל, (2) שקוע בB. תרבויות burgdorferi בבית או בשלב הזחל או nymphal 48; (3) microinjected עם B. burgdorferi 47, או (4) ב-fed צינור נימים burgdorferi 49. ?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מבקשים להודות ניקול Hasenkampf ואמנדה Tardo לקבלת תמיכה טכנית. אנו מודים גם לבני זוג. לינדן הו ואדריאנה Marques להמלצה של מכשיר בלימת LeFlap, וד"ר ליזה Gern להוראה בשיטת האכלת נימים. עבודה זו נתמכה על ידי NIH / NCRR גרנט 8 P20 GM103458-09 (MEE) ועל ידי המרכז הלאומי למשאבי מחקר והמשרד לתוכניות תשתיות מחקר (ORIP) של מכוני בריאות הלאומיים באמצעות P51OD011104/P51RR000164 מענק.
Materials
| Reagent | |||
| BSK-H | Sigma | B-8291 | |
| Ketamine HCl | |||
| Tangle Trap coating Paste | Ladd research | T-131 | |
| SkinPrep | Allegro Medical Supplies | 177364 | |
| LeFlap, 3″ x 3″ | Monarch Labs | ||
| Hypafix tape | Allegro Medical Supplies | 191523 | |
| SkinBond | Allegro Medical Supplies | 554536 | |
| UniSolve | Allegro Medical Supplies | 176640 | |
| Biatane Foam, adhesive 4″x4″ | Coloplast | 3420 | |
| DuoDerm CGF Dressing – 4″ x 4″, (3/4)” adhesive border | Convatec | 187971 | |
| Nonhuman primate jackets with flexible 2″ back panels; add drawstrings at top and bottom | Lomir Biomedical Inc. | ||
| EQUIPMENT | |||
| Pipet puller | David Kopf Instruments | Model 700C | |
| Dark field microscope | Leitz Wetzlar | Dialux | |
| Dissecting microscope | Leica | Zoom 2000 | |
| Mouse caging | Allentown caging |
Riferimenti
- Porcella, S. F., Schwan, T. G. Borrelia burgdorferi and Treponema pallidum: a comparison of functional genomics, environmental adaptations, and pathogenic mechanisms. Journal of Clinical Investigation. 107, 651-656 (2001).
- Fraser, C. M., et al. Genomic sequence of a Lyme disease spirochaete, Borrelia burgdorferi. Nature. 390, 580-586 (1997).
- Casjens, S., et al. A bacterial genome in flux: the twelve linear and nine circular extrachromosomal DNAs in an infectious isolate of the Lyme disease spirochete Borrelia burgdorferi. Molecular Microbiology. 35, 490-516 (2000).
- Carroll, J. A., Garon, C. F., Schwan, T. G. Effects of environmental pH on membrane proteins in Borrelia burgdorferi. Infection & Immunity. 67, 3181-3187 (1999).
- Gilmore, R. D., Mbow, M. L., Stevenson, B. Analysis of Borrelia burgdorferi gene expression during life cycle phases of the tick vector Ixodes scapularis. Microbes & Infection. 3, 799-808 (2001).
- Ramamoorthy, R., Philipp, M. T. Differential expression of Borrelia burgdorferi proteins during growth in vitro. Infection & Immunity. 66, 5119-5124 (1998).
- Ramamoorthy, R., Scholl-Meeker, D. Borrelia burgdorferi proteins whose expression is similarly affected by culture temperature and pH. Infection & Immunity. 69, 2739-2742 (2001).
- Schwan, T. G., Piesman, J. Temporal Changes in Outer Surface Proteins A and C of the Lyme Disease-Associated Spirochete, Borrelia burgdorferi, during the Chain of Infection in Ticks and Mice. J. Clin. Microbiol. 38, 382-388 (2000).
- Barthold, S. W., de Souza, M. S., Janotka, J. L., Smith, A. L., Persing, D. H. Chronic Lyme borreliosis in the laboratory mouse. Am. J. Pathol. 143, 959-971 (1993).
- Barthold, S. W., de Souza, M. Exacerbation of Lyme arthritis in beige mice. Journal of Infectious Diseases. 172, 778-784 (1995).
- Barthold, S. W., Feng, S., Bockenstedt, L. K., Fikrig, E., Feen, K. Protective and arthritis-resolving activity in sera of mice infected with Borrelia burgdorferi. Clin. Infect. Dis. 25, S9-S17 (1997).
- Miller, J. C., Ma, Y., Crandall, H., Wang, X., Weis, J. J. Gene expression profiling provides insights into the pathways involved in inflammatory arthritis development: Murine model of Lyme disease. Experimental and Molecular Pathology. 85, 20-27 (2008).
- Purser, J. E., Norris, S. J. Correlation between plasmid content and infectivity in Borrelia burgdorferi. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 97, 13865-13870 (2000).
- Grimm, D., et al. Outer-surface protein C of the Lyme disease spirochete: a protein induced in ticks for infection of mammals. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 101, 3142-3147 (2004).
- Zhang, J. R., Norris, S. J. Kinetics and in vivo induction of genetic variation of vlsE in Borrelia burgdorferi. Infection & Immunity. 66 (1), 3689-3697 (1999).
- Hodzic, E., Feng, S., Freet, K. J., Borjesson, D. L., Barthold, S. W. Borrelia burgdorferi population kinetics and selected gene expression at the host-vector interface. Infection & Immunity. 70, 3382-3388 (2002).
- Hodzic, E., Feng, S., Freet, K. J., Barthold, S. W. Borrelia burgdorferi population dynamics and prototype gene expression during infection of immunocompetent and immunodeficient mice. Infection & Immunity. 71, 5042-5055 (2003).
- Liang, F. T., Nelson, F. K., Fikrig, E. Molecular adaptation of Borrelia burgdorferi in the murine host. Journal of Experimental Medicine. 196, 275-280 (2002).
- Samuels, D. S. Gene Regulation in Borrelia burgdorferi. Annual Review of Microbiology. 65, 479-499 (1146).
- Gilmore, R. D., et al. The bba64 gene of Borrelia burgdorferi, the Lyme disease agent, is critical for mammalian infection via tick bite transmission. Proceedings of the National Academy of Sciences. 107, 7515-7520 (2010).
- Fisher, M. A., et al. Borrelia burgdorferi σ54 is required for mammalian infection and vector transmission but not for tick colonization. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 102, 5162-5167 (2005).
- Barthold, S. W. Animal models for Lyme disease. Laboratory Investigation. 72, 127-130 (1995).
- Pachner, A. R. Early disseminated Lyme disease: Lyme meningitis. American Journal of Medicine. 98, 30S-37S (1995).
- Barthold, S. W., Beck, D. S., Hansen, G. M., Terwilliger, G. A., Moody, K. D. Lyme Borreliosis in Selected Strains and Ages of Laboratory Mice. Journal of Infectious Diseases. 162, 133-138 (1990).
- Philipp, M. T., Johnson, B. J. Animal models of Lyme disease: pathogenesis and immunoprophylaxis. Trends in Microbiology. 2, 431-437 (1994).
- Roberts, E. D., et al. Pathogenesis of Lyme neuroborreliosis in the rhesus monkey: the early disseminated and chronic phases of disease in the peripheral nervous system. Journal of Infectious Diseases. 178, 722-732 (1998).
- Roberts, E. D., et al. Chronic lyme disease in the rhesus monkey. Laboratory Investigation. 72, 146-160 (1995).
- Philipp, M. T., et al. Early and early disseminated phases of Lyme disease in the rhesus monkey: a model for infection in humans. Infection & Immunity. 61, 3047-3059 (1993).
- Steere, A. C., Sikand, V. K., 348, T. r. e. a. t. m. e. n. t. .. N. .. E. n. g. l. .. J. .. M. e. d. .. The Presenting Manifestations of Lyme Disease and the Outcomes of Treatment. N. Engl. J. Med. 348, 2472-2474 (2003).
- Pachner, A. R., Delaney, E., O’Neill, T., Major, E. Inoculation of nonhuman primates with the N40 strain of Borrelia burgdorferi leads to a model of Lyme neuroborreliosis faithful to the human disease. Neurology. 45, 165-172 (1995).
- Cadavid, D., O’Neill, T., Schaefer, H., Pachner, A. R. Localization of Borrelia burgdorferi in the nervous system and other organs in a nonhuman primate model of lyme disease. Laboratory Investigation. 80, 1043-1054 (2000).
- Mather, T. N., Wilson, M. L., Moore, S. I., Ribiero, J. M. C., Spielman, A. Comparing the Relative Potential of Rodents as Reservoirs of the Lyme Disease Spirochete (Borrelia Burgdorferi).. American Journal of Epidemiology. 130, 143-150 (1989).
- Mather, T. N., Telford, S. R., Moore, S. I., Spielman, A. Borrelia burgdorferi and Babesia microti: Efficiency of transmission from reservoirs to vector ticks (Ixodes dammini). Experimental Parasitology. 70 (90), 55-61 (1990).
- Telford, S. R., Mather, T. N., Adler, G. H., Spielman, A. Short-tailed shrews as reservoirs of the agents of Lyme disease and human babesiosis. Journal of Parasitology. 76, 681-683 (1990).
- Mather, T. N., Fish, D., Coughlin, R. T. Competence of dogs as reservoirs for Lyme disease spirochetes (Borrelia burgdorferi). J. Am. Vet. Med. Assoc. 205, 186-188 (1994).
- Telford, S. R., Mather, T. N., Moore, S. I., Wilson, M. L., Spielman, A. Incompetence of deer as reservoirs of the Lyme disease spirochete. Am. J. Trop. Med. Hyg. 39, 105-109 (1988).
- Lin, T., et al. Analysis of an Ordered, Comprehensive STM Mutant Library in Infectious Borrelia burgdorferi: Insights into the Genes Required for Mouse Infectivity. PLoS ONE. 7, e47532 (2012).
- Lin, T., et al. Central Role of the Holliday Junction Helicase RuvAB in vlsE Recombination and Infectivity of Borrelia burgdorferi. PLoS Pathog. 5, e1000679 (2009).
- Jacobs, M. B., Norris, S. J., Phillippi-Falkenstein, K. M., Philipp, M. T. Infectivity of the Highly Transformable BBE02- lp56- Mutant of Borrelia burgdorferi, the Lyme Disease Spirochete, via Ticks. Infection and Immunity. 74, 3678-3681 (2006).
- Jacobs, M. B., Purcell, J. E., Philipp, M. T. Ixodes scapularis ticks (Acari: Ixodidae) from Louisiana are competent to transmit Borrelia burgdorferi, the agent of Lyme borreliosis. J. Med. Entomol. 40, 964-967 (2003).
- Bockenstedt, L., Mao, J., Hodzic, E., Barthold, S., Fish, D. Detection of Attenuated, Noninfectious Spirochetes in Borrelia burgdorferi-Infected Mice after Antibiotic Treatment. The Journal of Infectious Diseases. 186, 1430-1437 (2002).
- Barthold, S. W., et al. Ineffectiveness of tigecycline against persistent Borrelia burgdorferi. Antimicrobial Agents & Chemotherapy. 54, 643-651 (2010).
- de Silva, A. M., Telford, S. R., Brunet, L. R., Barthold, S. W., Fikrig, E. Borrelia burgdorferi OspA is an arthropod-specific transmission-blocking Lyme disease vaccine. Journal of Experimental Medicine. 183, 271-275 (1996).
- Fikrig, E., et al. Vaccination against Lyme disease caused by diverse Borrelia burgdorferi. Journal of Experimental Medicine. 181, 215-221 (1995).
- Philipp, M. T., et al. The outer surface protein A (OspA) vaccine against Lyme disease: efficacy in the rhesus monkey. Vaccine. 15, 1872-1887 (1997).
- Embers, M. E., et al. Persistence of Borrelia burgdorferi in Rhesus Macaques following Antibiotic Treatment of Disseminated Infection. PLoS ONE. 7, e29914 (2012).
- Kariu, T., Coleman, A. S., Anderson, J. F., Pal, U. Methods for Rapid Transfer and Localization of Lyme Disease Pathogens Within the Tick Gut. J. Vis. Exp. , e2544 (2011).
- Policastro, P. F., Schwan, T. G. Experimental infection of Ixodes scapularis larvae (Acari: Ixodidae) by immersion in low passage cultures of Borrelia burgdorferi. J. Med. Entomol. 40, 364-370 (2003).
- Broadwater, A. H., Sonenshine, D. E., Hynes, W. L., Ceraul, S., de Silva, A. M. Glass Capillary Tube Feeding: A Method for Infecting Nymphal Ixodes scapularis (Acari: Ixodidae) with The Lyme Disease Spirochete Borrelia burgdorferi. Journal of Medical Entomology. 39, 285-292 (2002).
- Hodzic, E., Feng, S., Holden, K., Freet, K. J., Barthold, S. W. Persistence of Borrelia burgdorferi following antibiotic treatment in mice. Antimicrob Agents Chemother. 52, 1728-1736 (2008).
- Bockenstedt, L. K., Mao, J., Hodzic, E., Barthold, S. W., Fish, D. Detection of attenuated, noninfectious spirochetes in Borrelia burgdorferi-infected mice after antibiotic treatment. Journal of Infectious Diseases. 186, 1430-1437 (2002).
- Schwan, T. G., Burgdorfer, W., Garon, C. F. Changes in infectivity and plasmid profile of the Lyme disease spirochete, Borrelia burgdorferi, as a result of in vitro cultivation. Infection and Immunity. 56, 1831-1836 (1988).
