Vedlikehold i fangenskap og giftekstraksjon av Tityus serrulatus (brasiliansk gul skorpion) for antivenomproduksjon

Summary

Her presenterer vi vellykkede vedlikeholds- og giftekstraksjonsprotokoller for storskala Tityus serrulatus Lutz og Mello, 1922 (brasiliansk gul skorpion) husdyrhold, med sikte på å gi gift til påfølgende skorpionantivenomproduksjon for å møte etterspørselen fra det brasilianske helsesystemet.

Abstract

Skorpionenvenomasjon er et folkehelseproblem i flere tropiske og subtropiske land. Tityus serrulatus Lutz og Mello, 1922 (brasiliansk gul skorpion) er ansvarlig for omtrent 150 000 økende tilfeller per år i Brasil, hvorav 10% trenger antivenombehandling for å reversere livstruende gifteffekter. Derfor opprettholdes tusenvis av T. serrulatus-individer under kontrollerte fangenskapsforhold for giftutvinning, som senere brukes i produksjonen av den nasjonale forsyningen av skorpionantivenom. Instituto Butantan er det viktigste antivenomproduksjonslaboratoriet i Brasil, og leverer rundt 70 000 hetteglass med skorpionantivenom til det brasilianske helsesystemet. Dermed er oppdrettsprotokollene og giftekstraksjonsmetodene nøkkelpunkter for suksessen til storskala, standardisert giftproduksjon. Målet med denne artikkelen er å beskrive fangenskapsprotokollene for T. serrulatus husdyrhold, som omfatter dyreholdsrutinen og giftekstraksjonsprosedyrene, etter god produksjonspraksis og sikring av dyrevelferd. Disse praksisene tillater vedlikehold av opptil 20.000 dyr i fangenskap, med en rutine på 3.000 til 5.000 skorpioner melket månedlig i henhold til antivenomproduksjonsbehov, og oppnår gjennomsnittlig 90% av positiv ekstraksjon.

Introduction

Skorpioner er leddyr som tilhører klassen Arachnida, orden Scorpiones, som omfatter ca. 2 621 arter ^1,2. Disse dyrene har et bredt geografisk område og er til stede på alle kontinenter unntatt Antarktis¹. Envenomasjon forårsaket av skorpioner resulterer i sykelighet eller død av tusenvis av mennesker hvert år globalt³. I 2019 ble det anslått at det var mer enn 1,2 millioner ulykker og 3,500 årlige dødsfall forårsaket av disse dyrene. I Brasil har antallet tilfeller økt eksponentielt, og siden 2017 har antallet tilfeller økt med mer enn 100 000 tilfeller per år,^{4 5,6}. Den ukontrollerte urbaniseringen observert i Brasil de siste tiårene, uten tilstrekkelig kloakkbehandling og regelmessig innsamling og avhending av søppel, forbundet med miljøforringelse og klimaendringer, har gitt betingelser for spredning av invasive skorpioner, som T. serrulatus, øker kontakten med mennesker og resulterer dermed i skadelige ulykker ^4,7,8. Det er omtrent 178 skorpionarter i Brasil, men stikk av medisinsk betydning er forårsaket av slekten Tityus, med fire arter (T. serrulatus, T. bahiensis, T. stigmurus og T. obscurus) som er av medisinsk bekymring, med Tityus serrulatus som ansvarlig for de alvorligste tilfellene og dødsfallene 7,9.

Instituto Butantan er det viktigste antivenomproduksjonslaboratoriet i Brasil, og leverer ca. 70 000 hetteglass med skorpionantivenom til det brasilianske helsesystemet. Kort fortalt inkluderer trinnene involvert i antivenomproduksjon inokulering av giftavledede antigener hos hester, innsamling og rensing av plasma med rike antistoffer, noe som resulterer i 5 ml hetteglass med skorpionantivenom. Hvert hetteglass er i stand til å nøytralisere minst 1 mg skorpiongift per ml antivenom. Arthropods Bioterium er en integrert del av industrisenteret, ansvarlig for å levere kildematerialet til skorpionantivenomet.

Arthropods Bioterium ved Instituto Butantan ble opprinnelig kalt Laboratory of Arthropods og ble etablert i 1967. Det var imidlertid først i 1995 at laboratoriet flyttet til et eksklusivt anlegg dedikert til å huse giftige leddyr^10,11. På den tiden ble skorpionene holdt i et rom på 12 m² uten kontrollert temperatur og fordelt på ca. 13 innhegninger, hver med maksimalt 300 dyr¹⁰. På grunn av den økende etterspørselen etter gift gjennom årene og det påfølgende behovet for å øke antall dyr, sammen med forbedringer i giftutvinningsprosessen, skjedde en stor endring i 2016. Laboratoriet ble integrert i industrisenteret til Instituto Butantan og ble omdøpt til Arthropods Bioterium. I tillegg flyttet Bioterium i 2016 til et nytt spesialbygd anlegg. Det nye skorpionrommet dekker et område på 24 m² og inneholder ca. 48 polypropylenkapslinger, som hver huser opptil 300 dyr, som vist i figur 1. Dette resulterer i at totalt 10.000 til 20.000 individer blir opprettholdt under kontrollerte fangenskapsforhold, med variasjoner gjennom året. Skorpionene forvaltes nøye under strenge dyreholdsprotokoller for å sikre deres velferd samtidig som de oppfyller de høye produksjonskravene og overholder god praksis og etiske standarder for dyrepleie. For giftutvinning ble et spesifikt rom designet og konstruert, som huser to luftstrømskap som vist i figur 2A. Disse skapene fungerer som sikkerhetstiltak for å forhindre teknikere i å inhalere giftpartikler under ekstraksjonsprosedyren. Personlig verneutstyr (PPE) er obligatorisk for teknikerne, inkludert syntetiske forklær og FFP2-masker, for å unngå forurensning og sikre deres sikkerhet.

Figur 1: Generell oversikt over skorpionens rom i leddyrbioterium. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figur 2: Arbeidsområde . (A) Generell oversikt over giftutvinningsrommet til leddyrene Bioterium. (B) Luftstrømskap arbeidsflate. Alle materialer og utstyr er forberedt og arrangert på toppen av luftstrømskapets arbeidsflate. Den svarte pilen indikerer elektrostimulatorenheten, og den røde pilen indikerer tangen. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Omtrent 90% av T. serrulatus-skorpioner i leddyr Bioterium stammer fra forskjellige steder, samlet av kommunale helseagenter som en del av et overvåkings- og kontrollprogram for disse dyrene. Skorpionene blir fanget i urbane områder og deretter sendt til Instituto Butantan som en del av et samarbeidsprogram. T. serrulatus skorpioner er parthenogenetisk, noe som betyr at fødselen skjer som følge av utviklingen av avkom fra ubefruktede egg, uten tilstedeværelse av et individ av motsatt kjønn¹². På grunn av denne typen reproduksjon blir noen dyr født i fangenskap i vårt anlegg og opprettholdes til de når voksenfasen, etter en lignende oppdrettsprotokoll som beskrevet nedenfor. Når de når voksenstadiet, blir de lagt til giftutvinningsrutinen. Ved ankomst gjennomgår skorpionene innledende screening, og de som er i gode helsemessige forhold holdes i kollektive innkapslinger som inneholder maksimalt 350 individer, delt på opprinnelsen. For hvert kabinett fylles et kontrollskjema ut daglig, som gir data om fôringsdato og hvilken type byttedyr som tilbys (cricket eller), vannforsyning, rengjøringsprosedyrer, antall døde dyr og antall gjenværende levende inne i kabinettet.

I en forhåndsplanlagt agenda blir dyr utsatt for elektrisk stimulering, og den resulterende giften til hundrevis av individer blir deretter lyofilisert, noe som resulterer i partier med frysetørket gift. Den standardiserte giften oppnådd fra denne prosessen er bestemt for hesteimmunisering som en del av produksjonsprosessen, samt å gi referansemateriale for kvalitetskontroll av det aktive stoffet og sluttproduktet.

Det er svært få anlegg i verden som er i stand til å holde et så stort antall skorpioner og utføre volumet av giftekstraksjoner i samsvar med god produksjonspraksis og etisk bruk av dyrene, som gjort i Arthropods Bioterium ved Instituto Butantan. Derfor er vårt mål å beskrive skorpionvedlikeholdsprotokollene og giftekstraksjonsprosedyrene som brukes i T. serrulatus-oppdrett , som vellykket gir den nødvendige mengden gift for produksjon av skorpionantivenom.

Protocol

Protokoller som involverer virvelløse dyr er unntatt fra godkjenning fra Instituto Butantans komité for bruk og pleie av dyr. Imidlertid følger vedlikehold av skorpioner beskrevet her etiske parametere, og dyrevelferd respekteres i henhold til artens behov. 1. Bolig Oppbevar skorpionene i felles polypropylenbeholdere som innkapslinger (høyde 35 cm, bredde 35,5 cm, lengde 72 cm) som inneholder maksimalt 350 dyr. Vedlikehold rommet der dyreinnhegningene e…

Representative Results

Tretti standard operasjonelle prosedyrer (SOP) ble utviklet for hver prosedyre, noe som sikrer repeterbarhet av prosedyrene blant teknikere og overholdelse av kvalitetsparametere. Den gjennomsnittlige dødeligheten etter ekstraksjonsprosedyren er rundt 12%, noe som kan betraktes som lavt, med tanke på elektrostimuleringsrutinen og fangenskapsmiljøet, hvor stressfaktorer reduseres ved å anvende prosedyrene. For å holde dyrene sunne, plasseres et brett dekket med bomull og vann i den ene end…

Discussion

Anvendelsen av de beskrevne metodene tillater oss å holde et stort antall T. serrulatus-individer og gir oss konsistent forutsigbarhet for antall skorpioner som trengs for årlig giftproduksjon. På denne måten er vi i stand til å gi nok partier gift på forhånd for å forsyne antivenomproduksjonsprosessen. Samtidig er utviklingen av forhåndsdefinerte tidsplaner for vedlikehold, fôring og giftutvinning en viktig del av aktivitetene og hjelper til med å overholde de beskrevne protokollene. Derfor er etable…

Materials

Carboard sheet	NA	NA
Egg tray	NA	NA	cardboard 36 places egg trays
Electro stimulator device	Instituto Butantan	ART-FV-01	Internally designed for the venom extraction
Kraft paper	NA	NA	regular kraft paper
Making tape	NA	NA	White masking tape (24 mm x 50 m)
Polyproplene container	NA	NA	70 L Polypropylene box (H – 35 cm, W – 35.5 cm, L – 72 cm)
Polyproplene tray	NA	NA	Polypropylene tray (H – 3.0 cm, W – 18.5 cm, L – 30 cm)
Self-adhesive plastic	NA	NA