Un modello di amministrazione orale Galleria mellonella a risposte immunitarie Innate Study Commensal-Induced
Summary
Qui, forniamo un protocollo dettagliato per un modello di somministrazione orale utilizzando larve di Galleria mellonella e come caratterizzare indotto risposte immunitarie innate. Usando questo protocollo, i ricercatori senza esperienza pratica sarà in grado di utilizzare la mellonella g. alimentazione forzata di metodo.
Abstract
L’indagine del potenziale immunogenico di batteri commensali il sistema immunitario dell’ospite è una componente essenziale nello studio di interazioni ospite-microbo intestinale. È affermato che diversi commensali esibiscono un diverso potenziale per stimolare il sistema immunitario intestinale di host. Tali indagini coinvolgono animali vertebrati, soprattutto roditori. Poiché crescenti preoccupazioni etiche sono collegate con esperimenti su vertebrati, c’è una forte domanda per i modelli di sostituzioni degli invertebrati.
Qui, forniamo un modello di somministrazione orale di Galleria mellonella utilizzando batteri commensali non patogeni e la possibile valutazione del potenziale immunogenico di commensali sul sistema immunitario mellonella g. . Dimostriamo che mellonella g. è un modello di sostituzione degli invertebrati alternativa utile che permette l’analisi di commensali con differente potenziale immunogenico quali Bacteroides vulgatus ed Escherichia coli. Interessante, i batteri hanno esibito alcun effetto di uccidere le larve, che è simile a quella dei mammiferi. Le risposte immunitarie di g. mellonella erano comparabili con la risposta immune innata dei vertebrati e coinvolgere il riconoscimento dei batteri e la produzione di molecole antimicrobiche. Proponiamo che mellonella g. era in grado di ristabilire l’equilibrio di microbiota precedente, che è ben noto da individui sani dei mammiferi. Anche se fornire risposte immunitarie innate paragonabile in entrambi mellonella g. e vertebrati, g. mellonella non porto un sistema immunitario adattativo. Poiché i componenti studiati del sistema immunitario innato sono evolutivi conservato, il modello consente un’analisi di preselezione e prima del batterica proprietà immunogeniche.
Introduction
Il microbioma intestinale è una componente essenziale per il mantenimento dell’omeostasi e coinvolge entrambi immunitaria innata e adattativa1,2. La comunità di microflora commensale è caratterizzata da diversi costituenti principali commensale: simbionti che conferiscono benefici effetti immunomodulatori importanti funzioni, e pathobionts che può avere effetti nocivi geneticamente predisposti ospita e promuovere e attivare l’infiammazione intestinale3,4. Molti studi su simbionti e pathobionts e la loro influenza sul sistema immunitario dell’ospite sono stati pubblicati soprattutto studiare risposte immunitarie.
Poiché questi studi coinvolgono molti animali per le indagini e la protezione e la sostituzione degli animali utilizzati per la sperimentazione è di crescente interesse pubblico, noi cerchiamo di trovare un modello di sostituzione per consentire una proiezione di diversi batteri immunogeno Proprietà. Gli insetti, soprattutto Galleria mellonella, sono un modello di sostituzione ampiamente usato nella ricerca di infezione. G. mellonella combina diversi vantaggi quali bassi costi e produttività elevata; consente la somministrazione orale di batteri, che è la via di esposizione naturale, e per infezioni sistemiche5,6. G. mellonella ulteriormente consente di incubazione a 37 ° C, che è la temperatura corporea fisiologica di mammiferi e l’optimum per la virulenza batterica fattore espressione5. Il vantaggio principale di g. mellonella è conservato sistema immune innato che consente la discriminazione di sé dal non-sé e codifica per una varietà di recettori di riconoscimento di pattern come apolipophorin o l’opsonina hemolin6, 7. al momento della rilevazione di microbo, g. mellonella può innescare diverse risposte immunitarie umorali a valle. Può indurre risposte allo stress ossidativo e secernono le specie reattive dell’ossigeno (ROS) che coinvolge l’attività della NOS (ossidasi nitrico sintasi) e NOX (NADPH ossidasi)6,8. Inoltre, g. mellonella attiva una risposta potente peptide antimicrobico (AMP), che provoca la secrezione di una miscela di diversi amplificatori quali gloverin, moricin, cecropin o la defensina-come gallerimycin6, 8,9,10. Generalmente, AMPs hanno specificità d’ospite piuttosto ampio contro batteri Gram-positivi e Gram-negativi e funghi e devono fornire una risposta potente poiché gli insetti stanno mancando qualsiasi risposta adattativa10. Gloverin è un amplificatore attivo contro batteri e funghi e inibisce la formazione della membrana esterna6,11. Moricins esibiscono la loro funzione antimicrobica contro batteri Gram-positivi e Gram-negativi di penetrare la membrana e formando un poro9,11. Cecropine fornire attività contro batteri e funghi e permeabilize la membrana allo stesso modo come moricins9,10. Gallerimycin è un peptide defensina-come con proprietà anti-fungine9. Interessante, è stato trovato che la combinazione di cecropin e gallerimycin aveva un’attività sinergica contro Escherichia coli10.
A causa del loro carattere easy-to-use mellonella g. larve sono un modello di infezione spesso usato per valutare la patogenicità batterica. In particolare, studi in cui i dati ottenuti da g. mellonella correlano con i dati ottenuti da topi sostegno la forza di questo modello di host alternativi. Si è constatato che i sierotipi più patogeni di Listeria monocytogenes in un modello di infezione di topo conducono anche a più alti tassi di mortalità in g. mellonella dopo infezione sistemica. Inoltre, meno virulenti sierotipi che si è rivelati per essere anche meno virulento in g. mellonella modello12. Osservazioni simili sono stati fatti con i funghi patogeni umani Candida albicans. Virulenza di diversi albicans del c. ceppi è stato valutato dall’infezione sistemica e successivo monitoraggio di sopravvivenza larvale. Ceppi non virulenti del mouse erano anche non virulenti o esposte ridotta virulenza in mellonella g., mentre i ceppi virulenti del mouse conducono anche ad alta mortalità larvale13. Il modello g. mellonella ulteriormente possa essere utilizzato per identificare fattori di patogenicità di tipo 3 secrezione sistema di Pseudomonas aeruginosa14.
Poiché la maggior parte delle indagini che coinvolgono mellonella g. erano concentrata su fattori di virulenza utilizzando l’approccio di infezione sistemica eravamo particolarmente interessati a fornire un metodo adatto per l’analisi dei commensali intestinali in un’alimentazione orale forzata modello in cui possiamo applicare un dosaggio distinto di batteri per le larve e non solo osservare il tasso di mortalità larvale ma analizzare diversi tratti distintivi della risposta immunitaria innata per mantenere l’omeostasi intestinale.
Il nostro metodo contribuisce ad per aumentare l’uso di g. mellonella come un modello di sostituzione poiché uniamo l’applicazione dei batteri e l’analisi di espressione di RNA. Non solo è utile per rafforzare il significato degli studi di patogenesi batterica quando si include l’analisi delle risposte immunitarie dopo somministrazione orale e non solo l’osservazione dei tassi di mortalità dopo infezione sistemica. I nostri metodi consente per l’analisi delle proprietà immunogeniche di batterico non patogeni commensali poiché è offre condizioni più complesse rispetto a coltura cellulare offrendo una barriera intestinale in un organismo vivente.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il modello g. mellonella è un modello frequentemente usato per valutare i fattori di virulenza batterici in un approccio di infezione sistemica21. Poiché molti patogeni e batteri immettere l’host via orale colonizzazione o infezione, nuove intuizioni devono essere trovati per valutare mellonella g. come un modello per colonizzazione orale e l’infezione.
La possibilità di posteriore g. mellonella tra 15-37 ° C è un grande vantaggio poiché…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato finanziato dalla DFG (SPP1656), il gruppo di formazione di ricerca DFG 1708, il Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) e il centro tedesco per ricerca di infezione (DZIF).
Materials
| 1.5 mL tubes | Eppendorf | 0030120086 | |
| 100 bp DNA ladder | Thermo Fisher Scientific | 15628019 | |
| 1-Bromo-3-Chloropropane (BCP) | Sigma-Aldrich | B9673 | |
| 2 mL tubes | Eppendorf | 0030120094 | |
| 2x Mangomix | Bioline | BIO-25033 | Colony PCR |
| 50 mL tubes | Greiner Bio-One | 210 261 | |
| Agarose | Biozym | 840004 | |
| Beeswax | Mixed-Store.de | - | |
| Brain heart infusion broth | Thermo Fisher Scientific | CM1135 | |
| CloneJET PCR Cloning Kit | Thermo Fisher Scientific | K1232 | Cloning vector for 16S fragments |
| Corn grits | Ostermühle Naturkost GmbH | 306 | Organic cultivation |
| Difco LB Agar, Miller (Luria-Bertani) | Becton Dickinson | BD | |
| Difoco LB Broth, Miller (Luria-Bertani) | Becton Dickinson | 244610 | |
| DNA-free DNA Removal Kit | Thermo Fisher Scientific | 244510 | Dnase digestion |
| Dried yeast | Rapunzel | - | Organic cultivation |
| Dulbecco's Phosphate-Buffered Saline (DPBS) | Thermo Fisher Scientific | 14040 | |
| Ethanol | VWR | 20821.330 | |
| Glycerol | Sigma-Aldrich | W252506 | |
| Honey | Ostermühle Naturkost GmbH | 487 | |
| Isopropanol | VWR | 20842.330 | |
| Lightcycler 480 Instrument II | Roche Molecular Systems | 5015278001 | |
| LightCycler 480 Multiwell Plate 96, white | Roche Molecular Systems | 4729692001 | |
| Manual Microsyringe Pump with Digital Display | World Precision Instruments | DMP | |
| Micro-Fine+ U-100 insulin syringe 0.3 x 8 mm | Becton Dickinson | 324826 | Oral administration |
| Mortar, unglazed | VWR | 410-9327 | |
| Nanodrop | Thermo Fisher Scientific | 13-400-518 | |
| Nuclease-free water | Thermo Fisher Scientific | 10977035 | |
| Oxoid AnaeroGen sachets | Thermo Fisher Scientific | AN0025A | Quality and quantity of RNA |
| PCR stripes | Biozym | 710970 | |
| Pestle, unglazed grinding surface | VWR | 410-9324 | |
| Phusion proof-reading enzyme | Thermo Fisher Scientific | F553S | |
| Primers | Biomers | - | |
| PureYield Plasmid Miniprep System | Promega | A1222 | |
| QuantiFast SYBR Green PCR kit | Qiagen | 204056 | qPCR for bacterial copy number measurment |
| QuantiFast SYBR Green RT-PCR Kit | Qiagen | 204156 | qRT-PCR for gene expression measurements |
| QuantiTect Reverse Transcription Kit | Qiagen | 205311 | cDNA synthesis |
| Qubit Assay Tubes | Thermo Fisher Scientific | Q32856 | |
| Qubit dsHS DNA kit | Thermo Fisher Scientific | Q32851 | Quantification of plasmid and cDNA samples |
| Qubit fluorometer | Thermo Fisher Scientific | Q33226 | Quantification of plasmid and cDNA samples |
| RNase-ExitusPlus | AppliChem | A7153 | |
| Rnasin Ribonuclease Inhibitor | Promega | N2511 | |
| Skimmed milk powder | Sucofin | - | |
| SYBR safe DNA Gel Stain | Thermo Fisher Scientific | S33102 | |
| TRI reagent | Sigma-Aldrich | T9424 | |
| Weighing boat | VWR | 10803-148 | |
| Wheat meal | Ostermühle Naturkost GmbH | 6462 | Organic cultivation |
Riferimenti
- Nell, S., Suerbaum, S., Josenhans, C. The impact of the microbiota on the pathogenesis of IBD: lessons from mouse infection models. Nature Reviews Microbiology. 8 (8), 564-577 (2010).
- Muniz, L. R., Knosp, C., Yeretssian, G. Intestinal antimicrobial peptides during homeostasis, infection, and disease. Frontiers in Immunology. 3, 310 (2012).
- Ivanov, I. I., Honda, K. Intestinal commensal microbes as immune modulators. Cell Host Microbe. 12 (4), 496-508 (2012).
- Ayres, J. S. Inflammasome-microbiota interplay in host physiologies. Cell Host Microbe. 14 (5), 491-497 (2013).
- Champion, O. L., Titball, R. W., Bates, S. Standardization of G. mellonella Larvae to Provide Reliable and Reproducible Results in the Study of Fungal Pathogens. Journal of Fungi (Basel). 4 (3), (2018).
- Wojda, I. Immunity of the greater wax moth Galleria mellonella. Insect Science. , (2016).
- Buchmann, K. Evolution of Innate Immunity: Clues from Invertebrates via Fish to Mammals. Frontiers in Immunology. 5, 459 (2014).
- Lange, A., et al. Galleria mellonella: A Novel Invertebrate Model to Distinguish Intestinal Symbionts From Pathobionts. Frontiers in Immunology. 9 (2114), (2018).
- Tsai, C. J., Loh, J. M., Proft, T. Galleria mellonella infection models for the study of bacterial diseases and for antimicrobial drug testing. Virulence. , 1-16 (2016).
- Bolouri Moghaddam, M. R., et al. The potential of the Galleria mellonella innate immune system is maximized by the co-presentation of diverse antimicrobial peptides. Biological Chemistry. 397 (9), 939-945 (2016).
- Casanova-Torres, A. M., Goodrich-Blair, H. Immune Signaling and Antimicrobial Peptide Expression in Lepidoptera. Insects. 4 (3), 320-338 (2013).
- Mukherjee, K., et al. Galleria mellonella as a model system for studying Listeria pathogenesis. Applied and Environmental Microbiology. 76 (1), 310-317 (2010).
- Brennan, M., Thomas, D. Y., Whiteway, M., Kavanagh, K. Correlation between virulence of Candida albicans mutants in mice and Galleria mellonella larvae. FEMS Immunological and Medical Microbiology. 34 (2), 153-157 (2002).
- Miyata, S., Casey, M., Frank, D. W., Ausubel, F. M., Drenkard, E. Use of the Galleria mellonella caterpillar as a model host to study the role of the type III secretion system in Pseudomonas aeruginosa pathogenesis. Infection and Immunity. 71 (5), 2404-2413 (2003).
- Waidmann, M., et al. Bacteroides vulgatus protects against Escherichia coli-induced colitis in gnotobiotic interleukin-2-deficient mice. Gastroenterology. 125 (1), 162-177 (2003).
- Lange, A., et al. Extensive Mobilome-Driven Genome Diversification in Mouse Gut-Associated Bacteroides vulgatus mpk. Genome Biology and Evolution. 8 (4), 1197-1207 (2016).
- Hermann-Bank, M. L., Skovgaard, K., Stockmarr, A., Larsen, N., Molbak, L. The Gut Microbiotassay: a high-throughput qPCR approach combinable with next generation sequencing to study gut microbial diversity. BMC Genomics. 14, 788 (2013).
- Sato, K., et al. OmpA variants affecting the adherence of ulcerative colitis-derived Bacteroides vulgatus. Journal of Medical and Dental Science. 57 (1), 55-64 (2010).
- Freitak, D., et al. The maternal transfer of bacteria can mediate trans-generational immune priming in insects. Virulence. 5 (4), 547-554 (2014).
- Pfaffl, M. W. A new mathematical model for relative quantification in real-time RT-PCR. Nucleic Acids Research. 29 (9), 45 (2001).
- Ramarao, N., Nielsen-Leroux, C., Lereclus, D. The insect Galleria mellonella as a powerful infection model to investigate bacterial pathogenesis. Journal of Visualized Experiments. (70), e4392 (2012).
- Ramarao, N., Nielsen-Leroux, C., Lereclus, D. The insect Galleria mellonella as a powerful infection model to investigate bacterial pathogenesis. Journal of Visualized Experiments. (70), e4392 (2012).
