Galleria mellonella Waxworm infektion modell för disseminerad Candidiasis
Summary
Galleria mellonella fungerar som en ryggradslösa modell för disseminerad candidiasis. Här, vi detalj infektionen protokoll och ge underlag för modellens effektivitet.
Abstract
Candida -arter är gemensamma svamp förknippas av människor kolonisera den hud, slemhinnor och mag-tarmkanalen. Under vissa förutsättningar, kan Candida växa över sina naturliga nischer som resulterar i försvagande slemhinne infektioner som väl som livshotande systemiska infektioner, som är ett stort fokus på utredning på grund av deras associerade hög dödlighet. Djurmodeller av disseminerad infektion finns för att studera sjukdomsutveckling och dissekera kännetecknen av Candida patogenicitet. Av dessa ger Galleria mellonella waxworm infektion modellen en kostnadseffektiv experimentella verktyg för hög genomströmning undersökningar av systemisk virulens. Många andra bakteriella och eukaryota infektiösa agens har effektivt studerats i G. mellonella att förstå patogenicitet, gör det allmänt accepterade modellsystem. Ännu, variation i den metod som används för att infektera G. mellonella kan ändra fenotypiska utfall och komplicera tolkningen av resultaten. Här, beskriver vi fördelar och nackdelar av waxworm modell att studera systemisk Candida patogenes och beskriva en strategi för att förbättra reproducerbarheten. Våra resultat belysa utbudet av dödlighet kinetics i G. mellonella och beskriver de variabler som kan modulera dessa kinetik. I slutändan står denna metod som en etisk, snabb och kostnadseffektiv metod att studera virulens i en modell av disseminerad candidiasis.
Introduction
Candida -arter är vanliga mänskliga förknippas som kan utvecklas till opportunistiska patogener i kraftigt nedsatt immunförsvar och dysbiotic patienter. Även om många Candida arter kan orsaka sjukdom, är C. albicans den vanligaste orsaken till disseminerad candidiasis1,2. Systemisk sjukdom resulterar från C. albicans åtkomst till blodomloppet genom antingen direkt penetration av tidigare restriktiva värd hinder eller introduktion på kirurgiska webbplatser och andra överträdelser av kroppen3. Candida -arter utnyttja en rad patogena processer att orsaka systemisk sjukdom inom värden inklusive filamentation, biofilm bildning, immunceller skatteflykt och fly och järn rensning4. In vitro -metoder finns för att undersöka enskilda patogena mekanismer, men djurmodeller fortsätta att tillhandahålla det bästa alternativet att undersöka hela sjukdomen resultatet5,6. Tidigare forskning har detaljerade många förekomster av lovande in vitro- undersökningar av virulens underlåta att reproducera i vivo7,8. Således, djurmodeller är fortfarande krävs för att bedöma virulens invivo. De flesta sjukdomsmodeller lita på möss att tjäna som ett surrogat för mänskliga infektioner trots C. albicans oförmåga att naturligt kolonisera murina system som en kommensaler9. Ryggradslösa modeller av disseminerad candidiasis inkluderar Nematoden Caenorhabditis elegans, frukten flyga Drosophila melanogaster, och waxworm Galleria mellonella, trots farhågor om grundläggande skillnader grundläggande fysiologi, har mottagande organ temperaturer, och exponeringsvägar hindras deras bred acceptans10,11.
G. mellonella waxworm infektion modellen har nyligen antagits till modell patogenicitet av ett brett utbud av bakterie- och svamp patogener12,13,14. Fördelar med denna modell inkluderar dess relativt låga kostnader, ökad genomströmning, användarvänlighet och minskad etiska betänkligheter angående djur Godhetsprincipen jämfört med murin modeller. För forskare leder detta till ökad förmåga att testa flera variabler, starkare konfidensintervall, mer snabb experimenterande och förbikopplingen av animaliskt protokoll. G. mellonella har fungerat som en plattform för att snabbt bedöma C. albicans virulens efter störning av gener krävs för biofilm bildning, filamentation och gen förordning över kliniska isolat11,15 ,16. Nyligen genomförda studier har införlivat utredning av svampdödande effekt använder G. mellonella för att utvärdera farmakokinetiken av drogen aktivitet och motstånd under i vivo inställningar, som är annars utmanande och tidskrävande 17,18. Ännu, studier av C. albicans virulens i G. mellonella har komplicerats av enligt uppgift höga variation inom experiment och inkonsekvent protokoll mellan forskargrupper som producerar olika virulens fenotyper mellan möss och waxworms11,13,19,20,21. Här, beskriver vi ett G. mellonella protokoll för att standardisera C. albicans infektioner, ökning reproducerbarhet i virulens experiment och visa deras överensstämmelse med tidigare beskrivna studier av virulens i murin modeller.
Tidigare studier har visat att den C. albicans parning typ-liknande (MTL) locus på kromosom 5 reglerar cellidentiteten och parning kompetens liknar Saccharomyces cerevisiae och andra Ascomycete svampar22. Majoriteten av C. albicans isolat är heterozygot på det MTL locus, kodning en av varje av de MTLen och MTLα allelerna (MTLen/α), och är följaktligen steril15, 23 , 24. förlusten av en av de MTL allelerna genom förlust av heterozygositet (LOH) eller mutation leder till homozygot MTLen eller MTLα stammar som kan genomgå en fenotypisk switch från steril ‘vit’ staten till den parning behöriga ‘ogenomskinlig’ statens25. Tidigare arbeten har belyst att förlust av MTL heterozygositet också minskar virulens i murina modeller av systemisk infektion över annan stam bakgrunder26. Här, detalj vi G. mellonella modellen för disseminerad candidiasis med en genetiskt lika experimentell för att skildra MTL heterozygositet till virulens i G. mellonellabidrag. Vi visar att MTL konfiguration påverkat C. albicans patogenicitet, där MTLα stammar var mindre virulenta med avseende på både MTLen/α och MTLen celler, liknande fynd inom murina infektion modell26.
Protocol
Representative Results
Discussion
G. mellonella waxworm modellen står som ett effektivt verktyg för snabba och reproducerbara analys av C. albicans virulens. Detta detaljerade protokoll förlitar sig på konsekvent leverans av en definierad infektiös dos till samma plats över ett parti av larver. Smittsam dos har en djupgående inverkan på G. mellonella dödlighet medan användning av larver mellan sin första ankomst och tio dagar från mottagandet gav liknande resultat. Förlust av C. albicansMTLen</stro…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna vill erkänna hjälp av Pamela Washington och Leah Anderson att erhålla Galleria mellonella för användning i denna studie.
Materials
| Galleria mellonella | Snackworms.com | Buy twice as many worms as expected to use | |
| 10 uL, Model 1701 N SYR Cemented needle, 26G, type 2 syringe | Hamilton | 80000 | |
| Petri dish, 100X15 mm, 500 pack | Fisher | FB0875712 | |
| Microcentrifuge tube, 1.7 mL, 500 pack | VWR | 87003-294 | |
| Phosphate Buffered Saline (Biotechnology grade), 500 mL | VWR | 97062-818 | |
| Ethanol absolute, ≥99.5% pure, 500 mL | Millipore Sigma | EM-EX0276-1S | |
| autoclaved ddH2O |
References
- Kauffman, C. A., et al. Prospective multicenter surveillance study of funguria in hospitalized patients. The National Institute for Allergy and Infectious Diseases (NIAID) Mycoses Study Group. Clinical Infectious Diseases. 30 (1), 14-18 (2000).
- Horn, D. L., et al. Epidemiology and outcomes of candidemia in 2019 patients: data from the prospective antifungal therapy alliance registry. Clinical Infectious Diseases. 48 (12), 1695-1703 (2009).
- Pfaller, M. A., Diekema, D. J. Epidemiology of invasive candidiasis: a persistent public health problem. Clinical Microbiology Reviews. 20 (1), 133-163 (2007).
- Sardi, J. C., Scorzoni, L., Bernardi, T., Fusco-Almeida, A. M., Mendes Giannini, M. J. Candida species: current epidemiology, pathogenicity, biofilm formation, natural antifungal products and new therapeutic options. Journal of Medical Microbiology. 62, 10-24 (2013).
- Segal, E., Frenkel, M. Experimental in Vivo Models of Candidiasis. J Fungi (Basel). 4 (1), (2018).
- Conti, H. R., Huppler, A. R., Whibley, N., Gaffen, S. L. Animal models for candidiasis. Current Protocols in Immunology. 105, 11-17 (2014).
- Heymann, P., et al. The siderophore iron transporter of Candida albicans (Sit1p/Arn1p) mediates uptake of ferrichrome-type siderophores and is required for epithelial invasion. Infection and Immunity. 70 (9), 5246-5255 (2002).
- Priest, S. J., Lorenz, M. C. Characterization of Virulence-Related Phenotypes in Candida Species of the CUG Clade. Eukaryotic Cell. 14 (9), 931-940 (2015).
- Savage, D. C., Dubos, R. J. Localization of indigenous yeast in the murine stomach. J Bacteriol. 94 (6), 1811-1816 (1967).
- Ewbank, J. J., Zugasti, O. C. elegans: model host and tool for antimicrobial drug discovery. Disease Models & Mechanisms. 4 (3), 300-304 (2011).
- Amorim-Vaz, S., Delarze, E., Ischer, F., Sanglard, D., Coste, A. T. Examining the virulence of Candida albicans transcription factor mutants using Galleria mellonella and mouse infection models. Frontiers in Microbiology. 6, 367 (2015).
- Harding, C. R., Schroeder, G. N., Collins, J. W., Frankel, G. Use of Galleria mellonella as a model organism to study Legionella pneumophila infection. Journal of Visualized Experiments. (81), e50964 (2013).
- Jacobsen, I. D. Galleria mellonella as a model host to study virulence of Candida. Virulence. 5 (2), 237-239 (2014).
- Tsai, C. J., Loh, J. M., Proft, T. Galleria mellonella infection models for the study of bacterial diseases and for antimicrobial drug testing. Virulence. 7 (3), 214-229 (2016).
- Hirakawa, M. P., et al. Genetic and phenotypic intra-species variation in Candida albicans. Genome Research. 25 (3), 413-425 (2015).
- Dunn, M. J., Kinney, G. M., Washington, P. M., Berman, J., Anderson, M. Z. Functional diversification accompanies gene family expansion of MED2 homologs in Candida albicans. PLoS Genetics. 14 (4), (2018).
- Astvad, K. M. T., Meletiadis, J., Whalley, S., Arendrup, M. C. Fluconazole Pharmacokinetics in Galleria mellonella Larvae and Performance Evaluation of a Bioassay Compared to Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry for Hemolymph Specimens. Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 61 (10), (2017).
- Mesa-Arango, A. C., et al. The non-mammalian host Galleria mellonella can be used to study the virulence of the fungal pathogen Candida tropicalis and the efficacy of antifungal drugs during infection by this pathogenic yeast. Med Mycol. 51 (5), 461-472 (2013).
- Brennan, M., Thomas, D. Y., Whiteway, M., Kavanagh, K. Correlation between virulence of Candida albicans mutants in mice and Galleria mellonella larvae. FEMS Immunology and Medical Microbiology. 34 (2), 153-157 (2002).
- Fuchs, B. B., O’Brien, E., Khoury, J. B., Mylonakis, E. Methods for using Galleria mellonella as a model host to study fungal pathogenesis. Virulence. 1 (6), 475-482 (2010).
- Kavanagh, K., Fallon, J. P. Galleria mellonella larvae as models for studying fungal virulence. Fungal Biology Reviews. 24 (1-2), 79-83 (2010).
- Hull, C. M., Johnson, A. D. Identification of a mating type-like locus in the asexual pathogenic yeast Candida albicans. Science. 285 (5431), 1271-1275 (1999).
- Legrand, M., et al. Homozygosity at the MTL locus in clinical strains of Candida albicans: karyotypic rearrangements and tetraploid formation. Molecular Microbiology. 52 (5), 1451-1462 (2004).
- Lockhart, S. R., et al. In Candida albicans, white-opaque switchers are homozygous for mating type. Genetics. 162 (2), 737-745 (2002).
- Miller, M. G., Johnson, A. D. White-opaque switching in Candida albicans is controlled by mating-type locus homeodomain proteins and allows efficient mating. Cell. 110 (3), 293-302 (2002).
- Wu, W., Lockhart, S. R., Pujol, C., Srikantha, T., Soll, D. R. Heterozygosity of genes on the sex chromosome regulates Candida albicans virulence. Molecular Microbiology. 64 (6), 1587-1604 (2007).
- Herrero, A. B., et al. KRE5 gene null mutant strains of Candida albicans are avirulent and have altered cell wall composition and hypha formation properties. Eukaryotic Cell. 3 (6), 1423-1432 (2004).
- Hall, R. A., et al. The Mnn2 mannosyltransferase family modulates mannoprotein fibril length, immune recognition and virulence of Candida albicans. PLoS Pathogens. 9 (4), 1003276 (2013).
- Wojda, I. Immunity of the greater wax moth Galleria mellonella. Journal of Insect Science. 24 (3), 342-357 (2017).
- 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. Infection and Immunity. 73 (7), 4161-4170 (2005).
- Lange, A., et al. Genome Sequence of Galleria mellonella (Greater Wax Moth). Genome Announcements. 6 (2), (2018).
- Krappmann, S. Lightning up the worm: How to probe fungal virulence in an alternative mini-host by bioluminescence. Virulence. 6 (8), 727-729 (2015).
- Chowdhary, A., Voss, A., Meis, J. F. Multidrug-resistant Candida auris: ‘new kid on the block’ in hospital-associated infections. Journal of Hospital Infection. 94 (3), 209-212 (2016).
- Delarze, E., Ischer, F., Sanglard, D., Coste, A. T. Adaptation of a Gaussia princeps Luciferase reporter system in Candida albicans for in vivo detection in the Galleria mellonella infection model. Virulence. 6 (7), 684-693 (2015).
