Een mondelinge beheermodel voor wasmot te Study Commensal-Induced aangeboren immuunresponsen
Summary
Hier bieden wij een gedetailleerd protocol voor een model van de orale toediening met behulp van de larven van de wasmot en hoe te karakteriseren geïnduceerde aangeboren immuunresponsen. Met behulp van dit protocol, zal onderzoekers zonder praktische ervaring kunnen gebruiken de G. mellonella dwangvoeding methode.
Abstract
Het onderzoek van het immunogene potentieel van commensale bacteriën op het immuunsysteem van de gastheer is een essentieel onderdeel bij de studie van intestinale host-microbe interacties. Het is reeds lang gevestigd dat verschillende commensals een verschillende potentieel vertonen ter stimulering van de intestinale immuunsysteem van de gastheer. Dergelijke onderzoeken betrekking hebben op gewervelde dieren, vooral knaagdieren. Aangezien steeds meer ethische bezwaren zijn gekoppeld aan experimenten met gewervelde dieren, is er een grote vraag naar ongewervelde vervangingen modellen.
Wij bieden hier een wasmot orale toediening model met behulp van commensale niet-pathogene bacteriën en de mogelijke evaluatie van de immunogene potentieel van commensals op het immuunsysteem G. mellonella . We laten zien dat G. mellonella is een nuttig alternatief-ongewervelde vervanging model waarmee de analyse van commensals met verschillende immunogene potentieel zoals Bacteroides vulgatus en Escherichia coli. Interessant, tentoongesteld de bacteriën geen effect van de moord op de larven, die lijkt op zoogdieren. De immuunrespons van G. mellonella waren vergelijkbaar met gewervelde aangeboren immuunresponsen en erkenning van de bacteriën en de productie van antimicrobiële moleculen te betrekken. Wij stellen voor dat G. mellonella kon vorige microbiota evenwicht, dat bekend van gezonde zoogdieren individuen is te herstellen. Hoewel het verstrekken van vergelijkbare aangeboren immuunresponsen bij zowel G. mellonella en gewervelde dieren, doet G. mellonella niet haven een adaptieve immuunsysteem. Aangezien de onderzochte componenten van het aangeboren immuunsysteem evolutionaire bewaard zijn, het model laat toe een prescreening en eerste analyse van bacteriële immunogene eigenschappen.
Introduction
De intestinale microbiome is een essentieel onderdeel voor onderhoud van homeostase, en omvat zowel aangeboren en adaptieve immuunresponsen1,2. De commensale microbiota Gemeenschap wordt gekenmerkt door verschillende commensale hoofdbestanddelen: symbionten die gunstige effecten door belangrijke immunomodulerende functies en pathobionts die nadelige gevolgen kunnen hebben, genetisch vatbaar verlenen gastheren en bevorderen en leiden tot darmontstekingen3,4. Veel studies over symbionten en pathobionts en hun invloed op het immuunsysteem van de gastheer verschenen hoofdzakelijk het bestuderen van adaptieve immuunrespons.
Aangezien deze studies veel dieren voor het onderzoek en de bescherming omvatten en vervanging van dieren die voor experimenten is van toenemende publieke belangstelling, willen wij een vervanging model te staan voor een screening van verschillende bacteriële immunogene vinden Eigenschappen. Insecten, vooral wasmot, zijn een gebruikte vervanging model in het onderzoek van de infectie. G. mellonella combineert verschillende voordelen zoals lage kosten en hoge doorvoer; Hierdoor orale toediening van bacteriën, die de natuurlijke blootstellingsroute is, en het zorgt voor systemische infectie5,6. G. mellonella verder kunt incubatie bij 37 ° C, oftewel de fysiologische lichaamstemperatuur van zoogdieren en de optimale voor bacteriële virulentie factor expressie5. Het belangrijkste voordeel van G. mellonella is het geconserveerde ingeboren immune systeem waarmee de discriminatie van het zelf van niet-zelf en codeert een verscheidenheid van patroon erkenning receptoren zoals apolipophorin of de opsonin hemolin6, 7. bij microbe opname, G. mellonella kan leiden tot verschillende downstream humorale immuunreacties. Het kan induceren oxidatieve stress reacties en afscheiden van reactieve zuurstof soorten (ROS), waarbij de activiteit van de NOS (nitraat oxidase synthase) en NOX (NADPH oxidase)6,8. Bovendien, G. mellonella activeert een potente antimicrobiële peptide (AMP) antwoord, wat in de afscheiding van een mengsel van verschillende versterkers zoals gloverin, moricin, cecropin of de defensin-achtige gallerimycin6, resulteert 8109,,. In het algemeen, versterkers hebben nogal breed gastheerspecificiteit tegen gram-positieve en gram-negatieve bacteriën en schimmels en hebben een krachtig antwoord geven aangezien insecten een adaptieve reactie10 ontbreken. Gloverin is een versterker actief tegen bacteriën en schimmels en remt de buitenmembraan vorming6,11. Moricins exposeren hun antimicrobiële functie tegen gram-positieve en gram-negatieve bacteriën door het membraan te penetreren en de vorming van een porie9,11. Cecropins bieden activiteit tegen bacteriën en schimmels en het membraan ook zoals moricins9,10permeabilize. Gallerimycin is een defensin-achtige peptide met anti-schimmel eigenschappen9. Interessant, bleek dat de combinatie van cecropin en gallerimycin had een synergetische activiteit tegen E. coli10.
Dank zij hun easy-to-use-karakter G. mellonella zijn larven een model van de vaak gebruikte infectie te beoordelen van bacteriële pathogeniteit. In het bijzonder correleren onderzoeken in welke gegevens verkregen uit G. mellonella met gegevens die zijn verkregen uit muizen ondersteuning de sterkte van deze alternatieve hostmodel. Bleek dat de meest pathogene serotypes van Listeria monocytogenes in een muismodel infectie ook tot hogere sterftecijfers in G. mellonella na systemische infectie leiden. Verder, minder virulente serotypen bleek te zijn ook minder virulente in de G. mellonella model12. Vergelijkbare waarnemingen hebben geboekt met de menselijke pathogene schimmels Candida albicans. Virulentie van verschillende C. albicans stammen is beoordeeld door systemische infectie en de daaropvolgende monitoring van larval survival. Muis Avirulente stammen waren ook Avirulente of tentoongestelde verminderde virulentie in G. mellonella, overwegende dat de muis virulente stammen ook tot hoge larvale sterfte13 leiden. De G. mellonella model kan verder worden gebruikt type 3 secretie systeem pathogeniteit factoren van Pseudomonas aeruginosa14te identificeren.
Aangezien de meeste onderzoeken waarbij G. mellonella richtten op virulentiefactoren met behulp van de systemische infectie aanpak waren we vooral geïnteresseerd in het verstrekken van een methode die geschikt is voor de analyse van intestinale commensals in een mondelinge dwangvoeding model waarin we kunnen een duidelijke dosering van bacteriën per larven toepassing en niet alleen het observeren van het larvale sterftecijfer maar analyseren verschillende kenmerken van aangeboren immuunresponsen te handhaven van intestinale homeostase.
Onze methode helpt bij het verhogen van het gebruik van G. mellonella als een vervanging model aangezien we de toepassing van de bacteriën en de analyse van RNA expressie combineren. Het is niet alleen nuttig voor het versterken van de zin van bacteriële pathogenese studies wanneer met inbegrip van de analyse van immuunresponsen na orale toediening en niet alleen de observatie van sterftecijfers na systemische infectie. Onze werkwijze zorgt voor de analyse van immunogene eigenschappen van bacteriële niet-pathogene commensals omdat het biedt meer complexe voorwaarden dan de cultuur van de cel door het aanbieden van een intestinale barrière in een levend organisme.
Protocol
Representative Results
Discussion
Het model van G. mellonella is een vaak gebruikte model te beoordelen van bacteriële virulentiefactoren in een systemische infectie aanpak21. Aangezien veel ziekteverwekkers en bacteriën voer de host via de orale toediening van kolonisatie of infectie, moeten nieuwe inzichten worden gevonden om te evalueren van G. mellonella als een model voor mondelinge kolonisatie en infectie.
De mogelijkheid tot achterzijde G. mellonella tussen 15-37 ° C…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd gefinancierd door de DFG (SPP1656), het hulpprogramma voor het opleiding van de DFG-onderzoeksgroep 1708, het Bundesministerium für Bildung und Forschung (goedgekeurd) en het Duitse centrum voor onderzoek (DZIF) van de infecties.
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 |
References
- 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).
