Modelo animal de pez cebra para el estudio de reacciones alérgicas en respuesta a biomoléculas de saliva de garrapatas
Summary
Aquí, el pez cebra (Danio rerio) se utiliza como modelo para estudiar las reacciones alérgicas y las respuestas inmunes relacionadas con el síndrome alfa-Gal (AGS) mediante la evaluación de las reacciones alérgicas a la saliva de garrapatas y el consumo de carne de mamíferos.
Abstract
Las garrapatas son artrópodos vectores que causan enfermedades por transmisión de patógenos y cuyas picaduras podrían estar relacionadas con reacciones alérgicas que afectan la salud humana en todo el mundo. En algunos individuos, altos niveles de anticuerpos de inmunoglobulina E contra el glicano Galα1-3Galβ1-(3)4GlcNAc-R (α-Gal) han sido inducidos por picaduras de garrapatas. Las reacciones anafilácticas mediadas por glicoproteínas y glicolípidos que contienen el glicano α-Gal, presentes en la saliva de garrapatas, están relacionadas con el síndrome alfa-Gal (AGS) o alergia a la carne de mamíferos. El pez cebra (Danio rerio) se ha convertido en un modelo vertebrado ampliamente utilizado para el estudio de diferentes patologías. En este estudio, el pez cebra se utilizó como modelo para el estudio de las reacciones alérgicas en respuesta al consumo de carne de α-Gal y mamíferos porque, al igual que los humanos, no sintetizan este glicano. Para este propósito, se evaluaron los patrones de comportamiento y las reacciones alérgicas de tipo anafiláctico hemorrágico en respuesta a la saliva de la garrapata Ixodes ricinus y el consumo de carne de mamíferos. Este enfoque experimental permite la obtención de datos válidos que respaldan el modelo animal de pez cebra para el estudio de alergias transmitidas por garrapatas, incluido el AGS.
Introduction
Las garrapatas son vectores de patógenos que causan enfermedades y también son la causa de reacciones alérgicas, afectando la salud de humanos y animales en todo el mundo 1,2. Durante la alimentación por garrapatas, las biomoléculas en la saliva de garrapatas, especialmente proteínas y lípidos, facilitan la alimentación de estos ectoparásitos, evitando las defensas del huésped3. Algunas biomoléculas de saliva con glicano Galα1-3Galβ1-(3)4GlcNAc-R (α-Gal) modificaciones conducen a la producción de altos niveles de anticuerpos anti-α-Gal IgE después de la picadura de garrapata, solo en algunos individuos, lo que se conoce como síndrome de α-Gal (AGS)4. Esta es una enfermedad asociada con la alergia mediada por IgE que puede provocar anafilaxia a las picaduras de garrapatas, consumo de carne de mamíferos no primates y algunos medicamentos como cetuximab5. Las reacciones a α-Gal a menudo son graves y a veces pueden ser fatales 6,7,8,9,10,11,12,13,14,15.
El α-Gal se encuentra en todos los mamíferos, excepto en los monos, simios y humanos del Viejo Mundo que no tienen la capacidad de sintetizar α-Gal13. Sin embargo, patógenos como bacterias y protozoos expresan este glicano en su superficie, lo que puede inducir la producción de altas cantidades de anticuerpos anti-α-Gal IgM/IgG y puede ser un mecanismo protector contra estos patógenos16,17. Sin embargo, la producción de anticuerpos anti-α-Gal aumenta el riesgo de desarrollar alergias anti-α-Gal mediadas por IgE 7,13. Los anticuerpos naturales anti-α-Gal producidos en humanos, principalmente de los subtipos IgM/IgG, podrían estar asociados a esta modificación presente en bacterias de la microbiota intestinal16. El AGS puede ser un diagnóstico clínico difícil, ya que el principal método de diagnóstico en este momento se basa en una historia clínica de reacciones alérgicas tardías, especialmente asociadas con alergias alimentarias (es decir, prurito, urticaria localizada o angioedema recurrente a anafilaxia, urticaria y síntomas gastrointestinales) y la medición de los niveles de anticuerpos IgE anti-α-Gal9. Los hallazgos actuales sugieren que las picaduras de garrapatas constituyen uno de los principales riesgos en la aparición de AGS 18,19, un aumento de 20 veces o más en los niveles de IgE a α-Gal después de una picadura de garrapata 19, una historia de picaduras de garrapatas en pacientes con AGS20,21,22, la existencia de anticuerpos reactivos a los antígenos de garrapatas en pacientes con AGS 19, y que la IgE anti-α-Gal está fuertemente relacionada con los niveles de IgE anti-garrapatas19,23, pero se necesitan más estudios para evaluar qué biomoléculas están realmente involucradas.
Además, otro escenario posible son los pacientes que presentan fuertes reacciones alérgicas a las picaduras de garrapatas y altos niveles de anticuerpos anti-α-Gal IgE, pero son tolerantes al consumo de carne de mamíferos12. Por lo tanto, la alergia a la carne de mamífero podría ser un tipo particular de alergia relacionada con la picadura de garrapata. Las principales especies de garrapatas asociadas con AGS incluyen Amblyomma americanum (EE.UU.), Amblyomma sculptum (Brasil), Amblyomma testudinarium y Haemaphysalis longicornis (Japón), Ixodes holocyclus (Australia) e Ixodes ricinus (el principal vector de la borreliosis de Lyme en Europa)11,24.
El único modelo que se ha utilizado para evaluar la producción de IgE relacionada con las picaduras de garrapatas es el modelo de ratón modificado genéticamente con el gen para ratones α-1,3-galactosiltransferasa noqueada (α-Gal KO)25,26 porque al igual que otros mamíferos, los ratones también expresan α-Gal en proteínas y lípidos y no producen IgE a α-Gal. Sin embargo, el pez cebra (Danio rerio) es un modelo útil para la investigación biomédica aplicada a los mamíferos porque comparte muchas similitudes anatómicas con los mamíferos y, al igual que los humanos, también es incapaz de sintetizar α-Gal. Dado que α-Gal no se produce naturalmente en el pez cebra, es un modelo asequible, fácil de manipular y permite un alto tamaño de muestra para el estudio de reacciones alérgicas relacionadas con α-Gal.
En este estudio, el pez cebra se utiliza como organismo modelo para caracterizar y describir las reacciones alérgicas locales, los patrones de comportamiento y los mecanismos moleculares asociados con la respuesta a la sensibilización percutánea a la saliva de garrapatas26,27 y el posterior consumo de carne de mamíferos. Para este propósito, los peces se exponen a la saliva de garrapatas por inyección intradérmica y luego se alimentan con alimento para perros, que contiene productos derivados de la carne de mamíferos adecuados para uso animal que contienen α-Gal27, luego se evalúan posibles reacciones alérgicas relacionadas. Este método se puede aplicar al estudio de otras biomoléculas relacionadas con procesos alérgicos, especialmente las relacionadas con AGS.
Protocol
Representative Results
Discussion
El pez cebra es un modelo rentable y fácil de manejar que también ha sido una herramienta muy factible para el estudio de los mecanismos moleculares de la respuesta inmune, enfermedades patógenas, pruebas de nuevos medicamentos y vacunación y protección contra infecciones33,34,35. El estudio sobre el comportamiento del pez cebra es útil ya que estudios previos han encontrado que algunas especies de peces permanecen inmóvi…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Queremos agradecer a los miembros del grupo SaBio su colaboración en el diseño experimental y asistencia técnica con la instalación experimental de peces y a Juan Galcerán Sáez (IN-CSIC-UMH, España) por proporcionar pez cebra. Este trabajo fue apoyado por el Ministerio de Ciencia e Innovación/Agencia Estatal de Investigación MCIN/AEI/10.13039/501100011033, España y EU-FEDER (Grant BIOGAL PID2020-116761GB-I00). Marinela Contreras está financiada por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, España, subvención IJC2020-042710-I.
Materials
| 1.5 mL tube | VWR | 525-0990 | |
| All Prep DNA/RNA | Qiagen | 80284 | |
| Aquatics facilities | |||
| BCA Protein Assay Kit | Thermo Fisher Scientific | 23225 | |
| Disection set | VWR | 631-1279 | |
| Dog Food – Red Classic | Acana | ||
| ELISA plates-96 well | Thermo Fisher Scientific | 10547781 | |
| Gala1-3Gal-BSA 3 (α-Gal) | Dextra | NGP0203 | |
| iScript Reverse Transcription Supermix | Supermix | 1708840 | |
| Microliter syringes | Hamilton | 7638-01 | |
| Plate reader | any | ||
| Phosphate buffered saline | Sigma | P4417-50TAB | |
| pilocarpine hydrochloride | Sigma | P6503 | |
| Pipette tip P10 | VWR | 613-0364 | |
| Pipette tip P1000 | VWR | 613-0359 | |
| Premium food tropical fish | DAPC | ||
| Sponge Animal Holder | Made from scrap foam | ||
| Stereomicroscope | any | ||
| Thermal Cycler Real-Time PCR | any | ||
| Tricaine methanesulphonate (MS-222) | Sigma | E10521 |
References
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