JoVE Journal > Biology
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Automatic Translation
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Biology

Sıtma verici Sivrisinekler için bir çok algılama Deneyi

Published: February 28, 2015
doi:
10.3791/52385
, , , ,
1Department of Pathology, Microbiology and Immunology,School of Veterinary Medicine, University of California – Davis, 2Veterinary Genetics Laboratory,School of Veterinary Medicine, University of California, Davis

Summary

Malaria transmitting mosquitoes have a number of epidemiologically important characteristics that can only be detected using molecular techniques. Utilizing a MALDI-TOF based SNP genotyping platform, we developed an assay for simultaneously detecting multiple key traits (species, insecticide resistance, parasite infection and host choice) of malaria vectors.

Abstract

Anofel gambiae türleri kompleksi Afrika'da sivrisinek ileten önemli sıtma içerir. Bu tür, tıbbi önemi vardır, çünkü çok sayıda özellikleri tipik olarak epidemiyolojik çalışmalarda yardımcı olmak için moleküler tahliller kullanılarak karakterize edilir. Bu özellikler türler kimlik, insektisit direnci, parazit enfeksiyonu durumunu, ve ana tercihi vardır. Anopheles gambiae kompleksinin popülasyonları morfolojik olarak ayırt edilemez olduğundan, bir polimeraz zincir reaksiyonu (PCR), geleneksel türleri tanımlamak için kullanılır. Türü bilinmektedir sonra, çok sayıda alt-deneyler, rutin daha özelliklerinin ortaya konması için uygulanır. Örneğin, bir para-geninde KDR olarak bilinen mutasyonlar DDT ve piretroid böcek karşı direnci tasdik etmektedirler. Buna ek olarak, enzime bağlı immünosorbent deneyleri (ELISA) ya da Plasmodium paraziti DNA tespit PCR deneyleri, sivrisinek dokularda mevcut parazitlerin tespit etmek için kullanılır. Son olarak, bir combinatioPCR ve sınırlama enzim sindirimleri konakçı spesifik DNA sivrisinek bloodmeal tarama ile bir ev sahibi tercih (örneğin, hayvan, kan ile insan) aydınlatmak için kullanılır. Tek seferde 96 ya da 384 numune için tek bir çoklu reaksiyon genotipleme 33SNPs Yukarıda adı geçen bütün deneylerde bir araya getiren çoklu tespit deneyi (MDA) geliştirdik. MDA türleri Plasmodium algılama ve ana kan tanımlanmasına yönelik olarak çoklu işaretleri içerir için, yanlış pozitif ya da negatif üretme olasılığı önemli ölçüde özelliği başına sadece bir işaretçi de ihtiva önceki deneylere azaltılır. Bu sağlam ve basit tahlil maliyet-etkin ve mevcut tahlillerin zaman bir kısmını bu anahtar sivrisinek özellikleri algılayabilir.

Introduction

Anopheles arabiensis Anopheles coluzzii ve Anopheles gambiae Afrika 1 malarya iletilmesinden sorumlu başlıca vektörlerdir. Bu üç tür morfolojik 2 ayırt edilemez ve sadece moleküler deneyleri 3-9 ile ayırt edilebilir. Buna ek olarak, rutin epidemiyolojik ve nüfus genetiği çalışmaları yardım için yapılan birçok mansap tahliller vardır. Bu Türleşmenin adaları 10-12 (1), bir genotip analizi, (2) bir amino asit kodonu para geninin pozisyonda inci 1014 olmayan ayn SNP tanıyan bir genotipleme deneyi (knock-down direnç veya KDR SNP) 13 yer alır -18 (3), parazit tespiti, PCR 19-23 ve sivrisinek midguts 24,25 konak-spesifik DNA (4) taraması.

Biz amacı ile, tek bir çoklu tepkime Tüm bu deneyler birleştiren çok deteksiyon deneyi (MDA) geliştirmiştirAfrika'da sıtma vektörlerin epidemiyolojik önemli özelliklerini alyzing. MDA tahlili, çok sayıda (1) bir tür tespit edilmesi için markörler olarak kullanılmışlardır (A arabiensis, Anopheles gambiae, A. coluzzii veya üç) başka (yok) KDR SNP temsil, (2) bir insektisit direnci içerir (L1014F ve L1014S her ikisi de) iki ana sıtma parazitlerinin, (3) bulunması, Plasmodium falciparum ve P. Vivax, ve bir, kuş ve memeli altı konaklardan (4) kan kaynağı.

Geleneksel olarak, bu deneyler, farklı polimeraz zincir reaksiyonları yapılmıştır. Tüm bu deneyler geleneksel PCR platformu kullanılarak yapılır, 8-10 PCR reaksiyon deneyleri yürüten ve jel elektroforezi adımlarını eşlik gerektirir. Burada sunulan MDA yöntemi bütününde yaklaşık 5 saat sürer iken belgeleyen sonuçlarına hazırlık Her birey PCR reaksiyonu, 4-5 saat sürer. Bu, tek başına işgücü maliyetlerinde% 90 tasarruf eşdeğerdir. MDA Burada sunulan 5 $ maliyetinumune başına 33 SNP genotiplemesi için. Bu önemli ölçüde daha az pahalı bir numune başına yaklaşık 1,50 $ maliyeti tek agaroz jel bazlı tahlillerde daha azdır. MDA kapsamındaki tüm özelliklerini tespit Tahliller numune başına $ 12-15 bir maliyetle 8-10 ayrı agaroz jel bazlı testlerin en az gerektirecektir. Dahası, MDA ölçüde her parazit veya ana bilgisayar kaynak tespiti için en az üç işaretçileri kullanarak bir yanlış pozitif veya negatif üretme şansını azaltır.

Kullandığımız bir platform sıtma vektörleri ile sınırlı değildir, ancak bu tıp, veterinerlik ve temel biyoloji 26-28 gibi çok geniş bir uygulama çeşitli kullanılabilir. Derinlemesine örneklerinin büyük (100s sırasına göre) numarası içeren dernek çalışmaları veya popülasyon genetiği çalışmaları aynı anda birden fazla belirteçler için maliyet-etkin testler tarama gerektirir. Iki veya daha fazla ayrı PCR deneyleri kullanan çalışmaların çoğu düşük maliyetle daha hızlı sonuçlar için MDA uygulamak. </p>

Protocol

1. PCR Amplifikasyonu Bir 1.5ml mikrotüp tüm PCR primerleri (ek Tablo S1 bakınız) karıştırın. Her bir SNP iki primer (ileri ve geri) sahiptir. Her bir PCR primeri stok konsantrasyonu, 100 uM muhafaza emin olun. (Ek Tablo S2 bakınız) tezgah hata ve süresini azaltmak için pipetle 500-1.000 reaksiyonlar için yeterli primer karışımı olun. Arzu edildiği takdirde, -20 ° C'de tüp ve mağaza 100-200 reaksiyonlar için alikotları hazırlamak. Üreticinin protokolü (Tablo 1) 'de …

Representative Results

Türler tanımlama: Bir örnek, üç türün biri değilse aşağıdaki 5 SNP birlikte. Üç SNP (01073-213, 04679-157 ve 10.313 üç tür (A. arabiensis, A. ve A. coluzzii gambiae) (Tablo 4) tespit -052) yükseltmek için başarısız. insektisit direnci çıkarım için kdr genotipi: Para voltaj-kapılı sodyum kanalının 1014 inci kodon kdr …

Discussion

– Uçuş (MALDI-TOF) kütle spektrometrisi 33-37 zaman PCR amplifikasyonu, karides alkalin fosfatazı (SAP) Reaksiyon SNP uzantısı, uzatma şartlandırma ve matris destekli lazer çıkarma / iyonlaşma MDA beş ana adımdan oluşur. İlk PCR amplifikasyon adımı yeterli şablon DNA SNP uzatma aşamasında sunulacak böylece her SNP yan DNA güçlendirir. SAP reaksiyonu aşağıdaki SNP uzatma adımı engelleyebilir kullanılmayan dNTPs nötralize eder. SNP uzatma SNP lokusu ve kitle-modifiye terminatör n?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Biz Dr teşekkür ederim. Tanzanya'dan sivrisinek örnekleri sağlamak için Glasgow Üniversitesi UC Davis ve Dr. Katharina Kreppel Anthony Cornel ve Laura Norris. Biz Zambiya sivrisinek örnekleri paylaşmak için Halk Sağlığı Johns Hopkins School Bayan Smita Das Dr. Douglas Norris teşekkür ederim. Biz de tahlil tasarımı eğitimi için Veteriner Genetik Laboratuvarı'nda Bay Lee V. Millon teşekkür ederim. Bu çalışma R01AI 078.183 ve R21AI062929 hibe Ulusal Sağlık Enstitüsü tarafından desteklenmiştir.

Materials

Name of Material/ Equipment Company Catalog Number Comments/Description
MassARRAY Analyzer Compact Sequenom MT9 MALDI-TOF mass spectrometry for genomic applications to analyze nucleic acids.
MassARRAY Nanodispenser Sequenom RS1000 Transfers completed iPLEX reaction products to the SpectroCHIP
iPLEX Gold Genotyping Reagent Set Sequenom 10158 Reagents used for iPLEX assay including SAP kit.
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Ayala, F. J., Coluzzi, M. Chromosome speciation: humans, Drosophila, and mosquitoes. Proc Natl Acad Sci U S A. 102, 6535-6542 (2005).
  2. Coetzee, M., Craig, M., le Sueur, D. Distribution of African malaria mosquitoes belonging to the Anopheles gambiae complex. Parasitol Today. 16, 74-77 (2000).
  3. Favia, G., Lanfrancotti, A., Spanos, L., Siden-Kiamos, I., Louis, C. Molecular characterization of ribosomal DNA polymorphisms discriminating among chromosomal forms of Anopheles gambiae s.s. Insect Mol Biol. 10, 19-23 (2001).
  4. Fanello, C., Santolamazza, F., Torre, d. e. l. l. a., A, Simultaneous identification of species and molecular forms of the Anopheles gambiae complex by PCR-RFLP. Med Vet Entomol. 16, 461-464 (2002).
  5. Santolamazza, F. Comparative analyses reveal discrepancies among results of commonly used methods for Anopheles gambiae molecular form identification. Malar J. 10, 215 (2011).
  6. Santolamazza, F. Insertion polymorphisms of SINE200 retrotransposons within speciation islands of Anopheles gambiae molecular forms. Malar J. 7, 163 (2008).
  7. Santolamazza, F., Della Torre, A., Caccone, A. Short report: A new polymerase chain reaction-restriction fragment length polymorphism method to identify Anopheles arabiensis from An. gambiae and its two molecular forms from degraded DNA templates or museum samples. Am J Trop Med Hyg. 70, 604-606 (2004).
  8. Lee, Y., Marsden, C. D., Nieman, C., Lanzaro, G. C. A new multiplex SNP genotyping assay for detecting hybridization and introgression between the M and S molecular forms of Anopheles gambiae. Mol Ecol Resour. , (2013).
  9. Scott, J. A., Brogdon, W. G., Collins, F. H. Identification of single specimens of the Anopheles gambiae complex by the polymerase chain reaction. Am J Trop Med Hyg. 49, 520-529 (1993).
  10. White, B. J., Cheng, C., Simard, F., Costantini, C., Besansky, N. J. Genetic association of physically unlinked islands of genomic divergence in incipient species of Anopheles gambiae. Mol Ecol. 19, 925-939 (2010).
  11. Hahn, M. W., White, B. J., Muir, C. D., Besansky, N. J. No evidence for biased co-transmission of speciation islands in Anopheles gambiae. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 367, 374-384 (2012).
  12. Lee, Y., Marsden, C. D., Nieman, C., Lanzaro, G. C. A new multiplex SNP genotyping assay for detecting hybridization and introgression between the M and S molecular forms of Anopheles gambiae. Mol Ecol Resour. 14, 297-305 (2014).
  13. Reimer, L. Relationship between kdr mutation and resistance to pyrethroid and DDT insecticides in natural populations of Anopheles gambiae. J Med Entomol. 45, 260-266 (2008).
  14. Weill, M. The kdr mutation occurs in the Mopti form of Anopheles gambiae s.s. through introgression. Insect Mol Biol. 9, 451-455 (2000).
  15. Tripet, F. Longitudinal survey of knockdown resistance to pyrethroid (kdr) in Mali, West Africa, and evidence of its emergence in the Bamako form of Anopheles gambiae s.s. Am J Trop Med Hyg. 76, 81-87 (2007).
  16. Martinez-Torres, D. Molecular characterization of pyrethroid knockdown resistance (kdr) in the major malaria vector Anopheles gambiae s.s. Insect Mol Biol. 7, 179-184 (1998).
  17. Diabate, A. KDR mutation, a genetic marker to assess events of introgression between the molecular M and S forms of Anopheles gambiae (Diptera: Culicidae) in the tropical savannah area of West Africa. J Med Entomol. 40, 195-198 (2003).
  18. Chandre, F. Current distribution of a pyrethroid resistance gene (kdr) in Anopheles gambiae complex from west Africa and further evidence for reproductive isolation of the Mopti form. Parassitologia. 41, 319-322 (1999).
  19. Fornadel, C. M., Norris, L. C., Franco, V., Norris, D. E. Unexpected anthropophily in the potential secondary malaria vectors Anopheles coustani s.l. and Anopheles squamosus in Macha, Zambia. Vector Borne Zoonotic Dis. 11, 1173-1179 (2011).
  20. Snounou, G. High sensitivity of detection of human malaria parasites by the use of nested polymerase chain reaction. Molecular and biochemical parasitology. 61, 315-320 (1993).
  21. Singh, B. A genus- and species-specific nested polymerase chain reaction malaria detection assay for epidemiologic studies. Am J Trop Med Hyg. 60, 687-692 (1999).
  22. Oyedeji, S. I. Comparison of PCR-based detection of Plasmodium falciparum infections based on single and multicopy genes. Malar J. 6, 112 (2007).
  23. Gama, B. E. Real-time PCR versus conventional PCR for malaria parasite detection in low-grade parasitemia. Experimental parasitology. 116, 427-432 (2007).
  24. Kent, R. J., Norris, D. E. Identification of mammalian blood meals in mosquitoes by a multiplexed polymerase chain reaction targeting cytochrome. B. Am J Trop Med Hyg. 73, 336-342 (2005).
  25. Fornadel, C. M., Norris, D. E. Increased endophily by the malaria vector Anopheles arabiensis in southern Zambia and identification of digested blood meals. Am J Trop Med Hyg. 79, 876-880 (2008).
  26. Teeter, K. C. The variable genomic architecture of isolation between hybridizing species of house mice. Evolution. 64, 472-485 (2010).
  27. Han, J. Y. A genome-wide association study of survival in small-cell lung cancer patients treated with irinotecan plus cisplatin chemotherapy. The pharmacogenomics journal. 14, 20-27 (2014).
  28. Chakraborti, S. Interaction of polyethyleneimine-functionalized ZnO nanoparticles with bovine serum albumin. Langmuir : the ACS journal of surfaces and colloids. 28, 11142-11152 (2012).
  29. Marsden, C. D. Diversity, differentiation, and linkage disequilibrium: prospects for association mapping in the malaria vector Anopheles arabiensis. G3 (Bethesda). 4, 121-131 (2014).
  30. Tripet, F., et al. DNA analysis of transferred sperm reveals significant levels of gene flow between molecular forms of Anopheles gambiae. Mol Ecol. 10, 1725-1732 (2001).
  31. Slotman, M. A. Evidence for subdivision within the M molecular form of Anopheles gambiae. Mol Ecol. 16, 639-649 (2007).
  32. Basu, P., et al. MassARRAY Spectrometry is More Sensitive Than PreTect HPV-Proofer and Consensus PCR for Type-Specific Detection of High-Risk Oncogenic HPV Genotypes in Cervical Cancer. J Clin Microbiol. , (2011).
  33. Fu, J. F. MassARRAY assay: a more accurate method for JAK2V617F mutation detection in Chinese patients with myeloproliferative disorders. Leukemia. 22, 660-663 (2008).
  34. Gabriel, S., Ziaugra, L., Tabbaa, D. SNP genotyping using the Sequenom MassARRAY iPLEX platform. Curr Protoc Hum Genet. 2 (Unit 2.12), (2009).
  35. Jurinke, C., van den Boom, D., Cantor, C. R., Koster, H. The use of MassARRAY technology for high throughput genotyping. Adv Biochem Eng Biotechnol. 77, 57-74 (2002).
  36. Wright, W. T. Multiplex MassARRAY spectrometry (iPLEX) produces a fast and economical test for 56 familial hypercholesterolaemia-causing mutations. Clin Genet. 74, 463-468 (2008).
  37. Turner, T. L., Hahn, M. W., Nuzhdin, S. V. Genomic islands of speciation in Anopheles gambiae. PLoS Biol. 3, e285 (2005).
  38. Turner, T. L., Hahn, M. W. Locus-population-specific selection and differentiation between incipient species of Anopheles gambiae. Mol Biol Evol. 24, 2132-2138 (2007).
  39. Stump, A. D. Centromere-proximal differentiation and speciation in Anopheles gambiae. Proc Natl Acad Sci U S A. 102, 15930-15935 (2005).
  40. Lee, Y., Seifert, S. N., Fornadel, C. M., Norris, D. E., Lanzaro, G. C. Single-nucleotide polymorphisms for high-throughput genotyping of Anopheles arabiensis in East and southern Africa. J Med Entomol. 49, 307-315 (2012).
  41. Holt, R. A. The genome sequence of the malaria mosquito Anopheles gambiae. Science. 298, 129-149 (2002).
  42. Lawniczak, M. K. Widespread divergence between incipient Anopheles gambiae species revealed by whole genome sequences. Science. 330, 512-514 (2010).

Tags

Multi-detection AssayAnopheles GambiaeMalariaMosquitoesSpecies IdentificationInsecticide ResistancePlasmodium DetectionHost PreferencePCRELISAMultiplex Genotyping
check_url/52385?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Lee, Y., Weakley, A. M., Nieman, C. C., Malvick, J., Lanzaro, G. C. A Multi-detection Assay for Malaria Transmitting Mosquitoes. J. Vis. Exp. (96), e52385, doi:10.3791/52385 (2015).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

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

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image