Мадагаскар шипящий таракан как альтернативную модель не млекопитающих животных расследовать вирулентности, патогенез и эффективность препарата
Summary
Мы представляем протокол использовать Мадагаскар шипящий таракан как альтернативную модель не млекопитающих животных для проведения вирулентности бактерий, патогенез, токсичности препарата, эффективность препарата и врожденный иммунный ответ исследований.
Abstract
Многие аспекты врожденного иммунитета консервируют между млекопитающих и насекомых. Насекомое, Мадагаскар шипящий таракан от рода Gromphadorhina, могут быть использованы как альтернативную модель животных для изучения вирулентности, хост возбудитель взаимодействия, врожденный иммунный ответ и эффективность препарата. Детали для выращивания, ухода и разведение шипящий таракан предоставляются. Мы также иллюстрируют, как он может быть инфицирован бактерий, таких как внутриклеточных возбудителей Burkholderia поражённого, б. pseudomallei и б. thailandensis. Использование шипящий таракан недорог и преодолевает нормативные вопросы, связанные с использованием млекопитающих в исследованиях. Кроме того найденных с помощью модели шипящий таракан, воспроизводимость и похожие на тех, полученные с помощью моделей млекопитающих. Таким образом шипящий таракан Мадагаскара представляет привлекательный суррогатной хост, который следует использовать при проведении исследований на животных.
Introduction
Использование насекомых в качестве альтернативных не млекопитающих животных моделей для изучения бактериальных патогенеза и врожденной принимающей обороны набирает силу в последние годы. Технически это объясняется их относительно невысокую стоимость и легкость в получении, обработке и заботить для насекомых, по сравнению с млекопитающих. Существует также не регуляторной политики, регулирующие использование насекомых в исследованиях; Это не является предметом компетенции или ограничения, изложенные на любое животное использовать Комитет или правительственным учреждением. Насекомых, как суррогат Животные модели особенно поддаются всеобъемлющей скрининговых исследований Факторы вирулентности, хост возбудитель взаимодействий, и оценок эффективности антимикробной наркотиков. Их использование может уменьшить количество млекопитающих, используется для исследований, тем самым преодолеть некоторые из этических дилемм, присущие для проведения экспериментов на животных 1,2.
Насекомые могут служить хостов суррогатного потому, что существует высокая степень общности между врожденной иммунной системы, насекомых и млекопитающих 1,3. Plasmatocytes насекомых и млекопитающих макрофаги фагоцитировать микроорганизмов 4. Насекомое двойники к нейтрофилов это кровяные 5,6. Внутриклеточные окислительный взрыв пути в клетках млекопитающих и насекомых похожи; реактивнооксигенных видов в обоих производятся p47 orthologousphox и p67 белки-phox 5. Сигнальные каскады вниз по течению платных рецепторов в насекомых и Толл подобные рецепторы и интерлейкина-1 в млекопитающих также являются на удивление схожими; как результат производства антимикробных пептидов, например дефензинов 7. Таким образом насекомые могут быть использованы для изучения общего врожденные иммунные механизмы, которые разделяют размером.
Насекомое называется Мадагаскар шипящий таракан от рода Gromphadorhina, является одним из крупнейших видов таракан, что существует, обычно достигая 5 до 8 см в зрелости. Это родной только на острове Мадагаскар и характеризуется шипящий звук, что он делает – звук, который производится, когда шипящий таракан выгоняет воздух через дыхательные отверстия называется дыхальца 8. Характерный свист служит формой социальной коммуникации между шипение тараканов для ухаживания и агрессии 9 и можно услышать, когда мужчина нарушается в своей среде обитания. Шипящий таракан Мадагаскара медленно движущихся по сравнению с американский таракан и других городских вредителей. Это легко заботиться и породы; беременная шипящий таракан может производить потомство 20-30 в то время. Шипящий таракан, называется Нимфа, достигает половой зрелости в 5 месяцев ребенок после прохождения 6 линяет и могут жить до 5 лет в дикой природе и в неволе 8.
Мы использовали Мадагаскар шипящий таракан как суррогат хост для инфекции с внутриклеточных возбудителей Burkholderia поражённого, б. pseudomalleiи б. thailandensis 10,11. Вирулентность этих патогенов в шипящие тараканов было по сравнению с их вирулентности в животной модели ориентир для Burkholderia, сирийского хомяка. Мы обнаружили, что летальная доза 50% (LD50) б. pseudomallei и б. поражённого был похож на обе модели 11. Интересно, что б. thailandensis, хотя avirulent в грызунов модели, смертельной в шипящий таракан 11. Это различие в отношении б. thailandensis инфекции подчеркивает полезность шипящий таракан модели; B. thailandensis смягчающих мутантов может быть более легко решена в шипящий таракан чем грызунов моделей. Кроме того как б. thailandensis часто используется как модельный организм для б. pseudomallei и б. поражённого 10,12,13, определения смягчающих мутации в нем могли бы привести к аналогичные цели в более вирулентную родственников.
Несмотря на различие в вирулентности б. thailandensis в шипящий таракан против сирийского хомяка, мутации в критических вирулентности таких факторов, как те в секреции система тип 6-1 (T6SS-1), которые смягчающие в B. поражённого и B. pseudomallei, являются аналогичным образом смягчающие B. thailandensis 11. Шипящий таракан модель Далее проверяется в том, что отдельные T6SS мутантов (T6SS-2 T6SS-6) в б. pseudomallei, которые не имеют отношения к вирулентности в сирийские хомяки, остаются опасной в шипящий тараканов 11. Таким образом шипящий таракан представляет собой жизнеспособный суррогатной животных модель для трех видов Burkholderia . Недавно мы использовали шипящий таракан как суррогат животных модель для изучения эффективности противомалярийных наркотиков хлорохин (CLQ) против Burkholderia инфекции 10 и его токсичность.
Здесь мы описываем воспитания и ухода Мадагаскар шипящий таракан и представить подробную информацию о том, как заразить это насекомое с тремя видами Burkholderia . Кроме того мы показываем которые шипящий таракан является жизнеспособной суррогатной модель для изучения вирулентности и эффективность препарата в Burkholderia инфекции и что он вероятно также может служить узлом суррогат для других бактериальных патогенов в аналогичных исследований.
Protocol
Representative Results
Discussion
Оптимальные условия экспериментальных начинаются с здорового шипящий таракан колонии, которая требует минимальный, но последовательной время обязательства. Хотя шипение тараканов может пойти на относительно длительного периода времени (~ недель) без пищи и воды, должна предоставлять…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
J. Чуа, н.а. Фишер, D. DeShazer и утра Friedlander разработаны процедуры, описанные в манускрипте. J. Чуа, н.а. Фишер, с.д. Фальчинелли и D. DeShazer выполненных экспериментов. J. Чуа написал рукопись.
Авторы благодарят Joshua J. W. Roan, Nora D. Doyle, Николас р. Картер и Стивен а. Tobery за отличную техническую помощь и Fetterer P. Дэвид и Стивен J. Керн для статистического анализа.
Работа получила поддержку от обороны угрозы сокращения агентства предложение #CBCALL12-THRB1-1-0270 A.M.F и #CBS. MEDBIO.02.10.Rd.034 д.д.
Мнения, толкований, выводы и рекомендации принадлежат авторам и не обязательно армией США.
Содержание этой публикации, не обязательно отражают взгляды или политику министерства обороны, ни упоминание названия торговых марок, коммерческих продуктов, или организаций означает одобрения правительства США.
Materials
| Madagascar hissing cockroach |
Carolina Biological Supply Co, Burlington, NC | 143668 | |
| Kibbles n Bits, any flavor | Big Heart Pet Brands, San Francisco, CA | UPC #079100519378 | |
| Snap on disposable plastic containers or equivalent | Rubbermaid, Huntersville, NC | UPC #FG7F71RETCHIL | |
| Screw on disposable plastic containers or equivalent | Rubbermaid, Huntersville, NC | UPC #FG7J0000TCHIL | |
| Tridak STEPPER series repetitive pipette | Dymax Corporation www.dymax.com |
T15469 | |
| Syringe (1 mL) | Becton Dickinson, Franklin Lakes, NJ | 309659 | |
| Needle (26 or 27G x 1/2) | Becton Dickinson, Franklin Lakes, NJ | 305109, 305111 | |
| Chloroquine diphosphate | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO | C6628 | |
| Phosphate buffered saline | Gibco/ Thermo Fisher Scientific, Gaithersburg, MD | 10010023 | |
| Difco Luria- Bertani (Lennox) | Becton Dickinson, Sparks, MD | 240230 | |
| Agar | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO | A1296 | |
| Glycerol | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO | G6279 |
Referências
- Sifri, C. D., Ausubel, F. M., Boquet, P., Cossart, P., Normark, S., Rappuoli, R. . Cellular Microbiology. , 543-563 (2004).
- Silcock, S. Is your experiment really necessary?. New Sci. 134 (1817), 32-34 (1992).
- Muller, U., Vogel, P., Alber, G., Schaub, G. A. The innate immune system of mammals and insects. Contrib Microbiol. 15, 21-44 (2008).
- Lavine, M. D., Strand, M. R. Insect hemocytes and their role in immunity. Insect Biochem Mol Biol. 32 (10), 1295-1309 (2002).
- Bergin, D., Reeves, E. P., Renwick, J., Wientjes, F. B., Kavanagh, K. Superoxide production in Galleria mellonella hemocytes: identification of proteins homologous to the NADPH oxidase complex of human neutrophils. Infect Immun. 73 (7), 4161-4170 (2005).
- Browne, N., Heelan, M., Kavanagh, K. An analysis of the structural and functional similarities of insect hemocytes and mammalian phagocytes. Virulence. 4 (7), 597-603 (2013).
- Lemaitre, B., Hoffmann, J. The host defense of Drosophila melanogaster. Annu Rev Immunol. 25, 697-743 (2007).
- Mulder, P. G., Shufran, A. Madagascar hissing cockroaches, information and care. Oklahoma Cooperative Extension Service Leaflet L-278. , 4 (2016).
- Nelson, M. C., Fraser, J. Sound production in the cockroach, Gromphadorhina portentosa: Evidence for communication by hissing. Behav Ecol Sociobiol. 6 (4), 305-314 (1980).
- Chua, J., et al. pH Alkalinization by Chloroquine Suppresses Pathogenic Burkholderia Type 6 Secretion System 1 and Multinucleated Giant Cells. Infect Immun. 85 (1), e0058616 (2017).
- Fisher, N. A., Ribot, W. J., Applefeld, W., DeShazer, D. The Madagascar hissing cockroach as a novel surrogate host for Burkholderia pseudomallei, B. mallei and B. thailandensis. BMC Microbiol. 12, 117 (2012).
- Haraga, A., West, T. E., Brittnacher, M. J., Skerrett, S. J., Miller, S. I. Burkholderia thailandensis as a model system for the study of the virulence-associated type III secretion system of Burkholderia pseudomallei. Infect Immun. 76 (11), 5402-5411 (2008).
- West, T. E., Frevert, C. W., Liggitt, H. D., Skerrett, S. J. Inhalation of Burkholderia thailandensis results in lethal necrotizing pneumonia in mice: a surrogate model for pneumonic melioidosis. Trans R Soc Trop Med Hyg. 102 Suppl 1, S119-S126 (2008).
- Finney, D. J. . Probit Analysis. , (1971).
- Abbott, W. S. A method of computing the effectiveness of an insecticide. J Am Mosq Control Assoc. 3 (2), 302-303 (1987).
- Schell, M. A., Lipscomb, L., DeShazer, D. Comparative genomics and an insect model rapidly identify novel virulence genes of Burkholderia mallei. J Bacteriol. 190 (7), 2306-2313 (2008).
- Wand, M. E., Muller, C. M., Titball, R. W., Michell, S. L. Macrophage and Galleria mellonella infection models reflect the virulence of naturally occurring isolates of B. pseudomallei, B. thailandensis and B. oklahomensis. BMC Microbiol. 11 (1), 11 (2011).
- Pilatova, M., Dionne, M. S. Burkholderia thailandensis is virulent in Drosophila melanogaster. PLoS One. 7 (11), e49745 (2012).
- Ramarao, N., Nielsen-Leroux, C., Lereclus, D. The insect Galleria mellonella as a powerful infection model to investigate bacterial pathogenesis. J Vis Exp. (70), e4392 (2012).
- Eklund, B. E., et al. The orange spotted cockroach (Blaptica dubia, Serville 1839) is a permissive experimental host for Francisella tularensis. PeerJ Preprints. 4, e1524v1522 (2016).
