JoVE Journal > Immunology and Infection
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Resultados
Discussion
Declarações
Acknowledgements
Materials
Referências
Tadução automática
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Imunologia e Infecção

Lyme Hastalığı Araştırma İletim ve Xenodiagnosis için Hayvanlar Keneler besleme

Published: August 31, 2013
doi:
10.3791/50617
, , ,
1Division of Bacteriology & Parasitology, Tulane National Primate Research Center,Tulane University Health Sciences Center

Summary

Lyme hastalığı Kuzey Amerika'daki en sık bildirilen vektör kaynaklı bir hastalıktır. Etkeni, Borrelia burgdorferi keneler kene ile bulaşan bir spioket bakteridir. Hayvan modellerinde enfeksiyonun İletim ve saptama burada açıklandığı kene besleme, kullanılmasıyla optimize edilir.

Abstract

Lyme hastalığı, Borrelia burgdorferi etken İletim, memeli bilgisayarlar üzerinde kene Ixodes türlerin eki ve kan beslenmesi ile oluşur. Doğada, bu zoonotik bakteriyel patojen rezervuar konak çeşitli kullanabilirsiniz, ancak beyaz ayaklı fare (Peromyscus leucopus) Kuzey Amerika'da larva ve nimf keneler için birincil rezervuar olduğu. İnsanlar en sık B ile enfekte arızi ana nimf aşamasında. B. kene ısırması ile burgdorferi burgdorferi enzootik döngüsü boyunca onun ana uyarlar, böylece memeli konaklarda bu spiroketlerine ve bunların etkileri fonksiyonlarını keşfetmek yeteneği kene besleme kullanımını gerektirir. Buna ek olarak, (tespiti ve bulaşıcı bir maddenin geri kazanılması için doğal vektörü kullanılarak) xenodiagnosis tekniği şifreli enfeksiyonun çalışmalarda yararlı olmuştur. Elde etmek amacıyla nimf o liman B. keneler burgdorferi,Keneler kılcal tüpler aracılığıyla kültür canlı spiroketlerine beslenir. İki hayvan modelleri, fare ve insan olmayan primatlar, en çok kene besleme ilgili Lyme hastalığı çalışmaları için kullanılır. Biz, bu keneler üzerine beslenir ve enfeksiyon veya xenodiagnosis biri için hayvanlardan elde edilebilir olan yöntemleri göstermektedir.

Introduction

2011 yılında, Lyme hastalığı Kuzey Amerika'da (6. en yaygın Ulusal Bildirimi zorunlu hastalık oldu http://www.cdc.gov/lyme/stats/index.html ). B. burgdorferi hem genetik ve antijenik (1 gözden), çok yönlü bir mikroptur. Onun genetik anayasa büyük (> 900 kB) kromozomu içeren ve plazmid içerik izolatlar arasında değişen 21 plazmidler (12 doğrusal, dairesel 9), kadar. Çok plazmid açık okuma çerçevelerinin% 90 üzerinde bilinen herhangi bir bakteriyel dizilerine 2,3 ilgisiz olarak, bu spiroketlere öğrendim olmaktır. B. burgdorferi konak bağışıklık potansiyel hedefler olarak antijenleri geniş bir yelpazede sunar. Bununla birlikte, işlenmemiş bir enfeksiyon genellikle devam eder. Kene çevre ve omurgalı konak çevre ile spiroketlerine etkileşim B. tarafından alınmasını gerektirir Enfeksiyon süreci boyunca burgdorferi. Çeşitli plasmidle kodlanmışgenler farklı olarak sıcaklık, pH, hücre yoğunluğu ve kene ömrü 4-8, hatta aşamasında değişikliklere yanıt olarak ifade edilebilir olduğu bilinmektedir.

B. Çalışma doğal yoldan neden olduğu enfeksiyona takip eden enzootik döngüsü boyunca burgdorferi adaptasyon ve konakçı tepkileri uygun hayvan modelleri üzerinde keneler beslemek için yeteneğine dayanır. Bu tür çalışmalar B. liman kenelerin üretme teknik zorlukları ile karşılanmaktadır burgdorferi ve modeli konak üzerinde kene verimli iletim ve / veya besleme sağlanması. Buna ek olarak, enfekte kenelerin tutucu ve geri gereklidir. Kullanılan modeller arasında farenin ve Lyme hastalığı araştırmalarında değerli bir araç olarak hizmet eder, her biri insan olmayan primatlar, bulunmaktadır. B için doğal bir rezervuar bir ana beyaz ayaklı fare gibi burgdorferi, laboratuvar fare B. tarafından kalıcı enfeksiyon destekleyen son derece duyarlı bir ana 9 burgdorferi. FolBöyle C3H suşu olarak hastalığa duyarlı farelerin enfeksiyonu lowing, spiroket cilt, mesane, kas, eklem ve kalp dahil olmak üzere birden dokulara yaymak. Neden olduğu enfeksiyona enflamatuar tepkiler hastalıklı kalp ve eklem dokusu yol açar. Spiroket bu ana inat ve bulaşıcı devam ederken, iltihabi lezyonlar değil insanlarda sürecinin aksine, aralıklı olabilir. Fare modeli böylece B. fazla bilgi vermiştir artrit ve karditis ve bağışıklık tepkileri dahil olmak üzere 10-12 ev burgdorferi kaynaklı patoloji,. Kene vektör 13-21 aktarım için bazı gerekli olması halinde patojenin açısından bakıldığında, farklı olarak memeli enfeksiyon sırasında ifade edilen bazı genlerin, karakterize edilmiştir.

Çeşitli hayvan türlerinin Lyme hastalığı 22 incelemek için kullanılmış olmasına rağmen, rhesus macaques en yakın insan hastalığı 23'ün çoklu organ karakter taklit eder. Diğer aksinehayvan modelleri, örneğin eritema migrans, Kardit, artrit ve periferal ve merkezi sinir sistemleri nöropati gibi hastalık belirtileri genişliği makaklarda gözlenmektedir. Farelerde, B. ana hazne erken ve geç-yaygın belirtileri nadir 9 iken burgdorferi, hastalık, fare zorlanma ve 24 yaş ile değişir. Buna ek olarak, diğer kemirgenler, Lagomorphs ve köpek her B'den nörolojik hastalık sergilemek başarısız burgdorferi enfeksiyonu 25. Önemlisi, makaklar Lyme borreliosis, yani, erken lokalize, erken yaygın, ve geç evre Lyme hastalığının 26-28 her üç aşamadan karakteristik belirtileri gösterirler. Eritem migranlan (EM) insan vakalarının 29% 70-80 meydana düşünülmektedir, ve aynı zamanda rhesus makaklarda 28,30 görülür. Enfeksiyonu takiben spiroket çoklu organ inokülasyon sitesinden yaymak. Spirochetal DNA iskelet mu tespit edildiscles, kalp, safra kesesi, periferik sinir ve sinir ağı, hem de merkezi sinir sistemi (beyin, beyin sapı ve beyincik, omurilik ve dura mater) 31.

Rezervuar yetkinlik 32-36 inceleyen ve B. çalışmalarda kene fareler üzerinde beslemek, kene kolonilerinin yayılması için bize ve diğer araştırma ekipleri tarafından kullanılmıştır burgdorferi 37-40 patogenezine. Bu teknik aynı zamanda xenodiagnosis ve farelerde 41-44 aşı etkinliğinin test edilmesi için kullanılmıştır. Biz Ixodes model geliştirme 28 için maymunları üzerinde kene beslenen, aşı etkinliği 45 bir çalışma, sebat ve sonrası antibiyotik tedavisine 46 değerlendirilmesinde xenodiagnosis için. O liman B. Keneler burgdorferi spiroket yaşam evrelerinde üzerinden iletilen olarak, enfekte fareler üzerinde larva besleme ve çalışmalar için perileri kullanılarak doğal bir enzootik döngüsü içinde muhafaza edilebilir. Bu rapordaBiz vahşi tip veya mutant B ile enfekte kene oluşturmak için nasıl talimat burgdorferi, kılcal tüp besleme kullanarak. Bu da mikroenjeksiyon ile 47 ve daldırma 48 ile gerçekleştirilebilir. B. yapay getirilmesi amacı keneler, kimin iletebilirliği bilinmeyen mutant suşlar çalışma olabilir, yüksek enfeksiyon oranı ile keneler bir grup oluşturmak için, ve bir temiz ve aksi bulaşmamış kene koloniyi koruyarak hata potansiyelini azaltmak için içine burgdorferi. Tutma ve dolu kenelerin iyileşme sağlamak için, böylece ek olarak,, fareler ve insan olmayan primatlar üzerinde kene besleme göstermektedir. Kene beslenmenin kullanımı B. bağışıklık tepkilerinin gelecek çalışmalar için gerekli olan burgdorferi enfeksiyonu, olası Lyme aşı etkinliği ve gizli enfeksiyonların tespiti için xenodiagnosis.

Protocol

Lyme hastalığı araştırma için hayvanlar üzerinde kene aşılama ve besleme deneysel taslağı Şekil 1 'de gösterilmiştir. 1.. Aşılayarak Nymphal Ixodes B ile keneler Kılcal Tüp-besleme kullanarak burgdorferi Kene ile manipülasyonlar yaparken, elastik kollu, eldiven ve tek bouffant kapakları beyaz laboratuvar mont giyilir. Bizim teknik Broadwater ark. 49 tarafından bildirilen de…

Representative Results

Bu aktarım için hayvanlar üzerinde beslenir önce kılcal besleme tamamlanmasından sonra, keneler, genellikle 2-3 hafta boyunca 23 ° C'de dinlenmiş. Kılcal-besleme tekniği kullanarak, beslenen% 90 üzerinde liman B. keneler bulduk burgdorferi. pozitif kenelerin yüzdesi yıkama ile tespit edilir daha sonra bir mikrofüj boru şeklindeki havan tokmağı ile steril PBS içinde onları ezme, peroksit ve etanol keneler. Orta bağırsak içeriği PBS içine dökülen slaytlar üzerinde sabit ve …

Discussion

O liman B. keneler elde etmek için alt çalışmaları için burgdorferi, keneler şunlar olabilir: (1) larva aşamasında enfekte olan fareler üzerinde beslenen, (2) B daldırıldı ya larva veya nimf aşamasında 48-burgdorferi kültürler; (3) B. microinjected burgdorferi 47, ya da (4) kılcal boru beslenen B. 49. burgdorferi. bu yöntemlerin her biri, kene büyük bir kısmının enfeksiyon liman B için kullan…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Yazarlar, teknik destek için Nicole Hasenkampf ve Amanda tardo teşekkür etmek istiyorum. Biz de Dr teşekkür ederim. Kılcal besleme yöntemiyle ilgili talimatlar için ıhlamur Hu ve Adriana Marques LeFlap muhafaza cihazı önerisi için, ve Dr Lise Gern. Bu çalışma NIH / NCRR Grant 8 P20 GM103458-09 (MEE) tarafından ve Araştırma Kaynakları Ulusal Merkezi ve hibe P51OD011104/P51RR000164 ile Ulusal Sağlık Enstitüleri Araştırma Altyapı Programları Ofisi (OriP) tarafından desteklenmiştir.

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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

Referências

  1. 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).
  2. Fraser, C. M., et al. Genomic sequence of a Lyme disease spirochaete, Borrelia burgdorferi. Nature. 390, 580-586 (1997).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. Ramamoorthy, R., Philipp, M. T. Differential expression of Borrelia burgdorferi proteins during growth in vitro. Infection & Immunity. 66, 5119-5124 (1998).
  7. Ramamoorthy, R., Scholl-Meeker, D. Borrelia burgdorferi proteins whose expression is similarly affected by culture temperature and pH. Infection & Immunity. 69, 2739-2742 (2001).
  8. 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).
  9. 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).
  10. Barthold, S. W., de Souza, M. Exacerbation of Lyme arthritis in beige mice. Journal of Infectious Diseases. 172, 778-784 (1995).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. Samuels, D. S. Gene Regulation in Borrelia burgdorferi. Annual Review of Microbiology. 65, 479-499 (1146).
  20. 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).
  21. 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).
  22. Barthold, S. W. Animal models for Lyme disease. Laboratory Investigation. 72, 127-130 (1995).
  23. Pachner, A. R. Early disseminated Lyme disease: Lyme meningitis. American Journal of Medicine. 98, 30S-37S (1995).
  24. 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).
  25. Philipp, M. T., Johnson, B. J. Animal models of Lyme disease: pathogenesis and immunoprophylaxis. Trends in Microbiology. 2, 431-437 (1994).
  26. 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).
  27. Roberts, E. D., et al. Chronic lyme disease in the rhesus monkey. Laboratory Investigation. 72, 146-160 (1995).
  28. 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).
  29. 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).
  30. 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).
  31. 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).
  32. 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).
  33. 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).
  34. 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).
  35. 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).
  36. 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).
  37. 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).
  38. 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).
  39. 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).
  40. 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).
  41. 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).
  42. Barthold, S. W., et al. Ineffectiveness of tigecycline against persistent Borrelia burgdorferi. Antimicrobial Agents & Chemotherapy. 54, 643-651 (2010).
  43. 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).
  44. Fikrig, E., et al. Vaccination against Lyme disease caused by diverse Borrelia burgdorferi. Journal of Experimental Medicine. 181, 215-221 (1995).
  45. 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).
  46. Embers, M. E., et al. Persistence of Borrelia burgdorferi in Rhesus Macaques following Antibiotic Treatment of Disseminated Infection. PLoS ONE. 7, e29914 (2012).
  47. 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).
  48. 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).
  49. 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).
  50. 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).
  51. 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).
  52. 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).

Tags

Tick FeedingLyme DiseaseBorrelia BurgdorferiIxodes TicksZoonotic PathogenReservoir HostsWhite-footed MousePeromyscus LeucopusNymphal TicksXenodiagnosisMammalian HostsSpirochetesAnimal ModelsMiceNonhuman Primates

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citar este artigo
Embers, M. E., Grasperge, B. J., Jacobs, M. B., Philipp, M. T. Feeding of Ticks on Animals for Transmission and Xenodiagnosis in Lyme Disease Research. J. Vis. Exp. (78), e50617, doi:10.3791/50617 (2013).
Baixar citação
Reimpressões e Permissões

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image