Summary

Il Madagascar sibilo scarafaggio come modello alternativo Non mammiferi animali per studiare la virulenza, patogenesi e l'efficacia dei farmaci

Published: November 24, 2017
doi:

Summary

Presentiamo un protocollo per utilizzare il Madagascar sibilo scarafaggio come modello alternativo non mammiferi animali fare virulenza batterica, patogenesi, tossicità dei farmaci, l’efficacia dei farmaci e studi di risposta immunitaria innata.

Abstract

Molti aspetti dell’immunità innata sono conservati tra mammiferi e insetti. Un insetto, il Madagascar sibilo scarafaggio dal genere Gromphadorhina, può essere utilizzato come modello animale alternativo per lo studio della virulenza, interazione ospite-patogeno, risposta immunitaria innata e l’efficacia dei farmaci. Dettagli per l’allevamento, cura e allevamento di blatta di sibilo sono forniti. Abbiamo anche illustrare come si può essere infettati con batteri come gli agenti patogeni intracellulari Burkholderia mallei, pseudomallei del b. e b. thailandensis. Uso della blatta di sibilo è poco costoso e risolve problemi normativi a che fare con l’uso dei mammiferi nella ricerca. Inoltre, risultati trovati utilizzando il modello di scarafaggio sibilante sono riproducibili e simili a quelli ottenuti utilizzando modelli mammiferi. Così, la blatta di sibilo del Madagascar rappresenta un host surrogato attraente che dovrebbe essere esplorato lo svolgimento di studi sugli animali.

Introduction

L’uso degli insetti come alternative non mammiferi di modelli animali per studiare la patogenesi batterica e difesa innata ospite è stato guadagnando slancio negli ultimi anni. Logisticamente, ciò è dovuto il loro costo relativamente economico e la facilità di ottenimento, alla gestione e cura per gli insetti rispetto ai mammiferi. Non c’è anche nessuna politica di regolamentazione che disciplina l’uso degli insetti nella ricerca; non è soggetto alla competenza o limitazioni imposte da qualsiasi animale utilizzano Comitato o agenzia governativa. Gli insetti come modelli animali surrogati sono particolarmente suscettibili agli studi di screening completo per fattori di virulenza, interazioni ospite-patogeno e valutazioni di efficacia del farmaco anti-microbica. Loro utilizzo può ridurre il numero di mammiferi utilizzati per la ricerca, superando alcuni dei dilemmi etici inerenti allo svolgimento della sperimentazione animale 1,2.

Gli insetti possono servire come host surrogato perché c’è un elevato grado di comunanza tra il sistema immunitario innato di insetti e mammiferi 1,3. Plasmatocytes insetto sia macrofagi dei mammiferi fagocitare microrganismi 4. La controparte dell’insetto per i neutrofili è emociti 5,6. Vie di burst ossidativo intracellulare in insetto e cellule di mammifero sono simili; specie reattive dell’ossigeno in entrambi sono prodotte da orthologous p47phox e p67phox proteine 5. Le cascate di segnalazione a valle dei recettori Toll in insetti e recettori Toll-like e interleukin-1 nei mammiferi sono notevolmente simili; entrambi provocare la produzione di peptidi antimicrobici, quali defensine 7. Così, gli insetti possono essere utilizzati per studiare i meccanismi immuni innati generali condivisi da metazoi.

Un insetto chiamato il Madagascar sibilo scarafaggio dal genere Gromphadorhina, è uno della più grande specie di scarafaggio che esiste, in genere arrivano fino a 5-8 cm a maturità. È nativo solo per l’isola del Madagascar ed è caratterizzato dal suono sibilante che rende – un suono che si produce quando la blatta di sibilo espelle l’aria attraverso aperture respiratorie chiamate spiracoli 8. Il sibilo caratteristico serve come una forma di comunicazione sociale tra sibilo scarafaggi per corteggiamento e aggressione 9 e può essere sentito quando un uomo è disturbato nel suo habitat. Blatta di sibilo del Madagascar è lenta rispetto allo scarafaggio americano e altre specie di parassiti urbani. È facile da curare e allevare; una blatta di sibilo incinta può produrre prole di 20 a 30 alla volta. Un bambino sibilo scarafaggio, chiamato una ninfa, raggiunge la maturità sessuale a 5 mesi dopo subendo 6 mute e può vivere fino a 5 anni, sia in natura che in cattività 8.

Abbiamo utilizzato il Madagascar sibilo scarafaggio come un host surrogato per l’infezione con gli agenti patogeni intracellulari Burkholderia mallei, pseudomallei del b.e b. thailandensis 10,11. La virulenza di questi patogeni nel sibilo scarafaggi è stata confrontata alla loro virulenza nel modello animale benchmark per Burkholderia, criceto siriano. Abbiamo trovato che la dose letale 50% (LD50) di pseudomallei del b. e b. mallei era simile in entrambi modelli 11. Interessante, b. thailandensis, sebbene non virulenti nel modello di roditore, è letale nei scarafaggio sibilante 11. Questa differenza rispetto a b. thailandensis infezione sottolinea l’utilità del modello scarafaggio sibilante; B. thailandensis attenuando mutanti possono essere risolti più facilmente nella Blatta di sibilo che nei modelli del roditore. Inoltre, b. thailandensis viene spesso utilizzato come organismo modello per pseudomallei del b. e b. mallei 10,12,13, identificare mutazioni attenuante in esso potrebbe portare a target simili nei suoi parenti più virulenti.

Nonostante la differenza di virulenza di b. thailandensis nella Blatta di sibilo contro il criceto siriano, mutazioni nei fattori di virulenza critici, come quelli nel sistema di secrezione tipo 6-1 (T6SS-1), che sono attenuando in b. mallei e B. pseudomallei, sono similmente attenuanti per thailandensis b. 11. Il modello di scarafaggio sibilante è ulteriormente convalidato in quanto singoli mutanti di T6SS (T6SS-2-T6SS-6) in b. pseudomallei, che non incidono sulla virulenza in criceti siriani, rimangono virulenti nei sibilo scarafaggi 11. Così, la blatta di sibilo è un modello animale di surrogati valida per le tre specie di Burkholderia . Recentemente abbiamo utilizzato la blatta di sibilo come un modello animale di surrogato per esaminare l’efficacia della clorochina farmaco anti-malarici (CLQ) contro Burkholderia infezione 10 e la sua tossicità.

Qui, descriviamo l’allevamento e la cura del Madagascar sibilo scarafaggio e fornire dettagli su come infettare questo insetto con tre specie di Burkholderia . Inoltre, ci dimostrano che la blatta di sibilo è un modello praticabile surrogato per studiare la virulenza e l’efficacia dei farmaci nelle infezioni da Burkholderia e che probabilmente può anche servire come un host surrogato per altri batteri patogeni in studi simili.

Protocol

1. preparati per il mantenimento di una colonia di scarafaggio sibilante Preparare le gabbie per gli scarafaggi sibilante a vivere in. Applicare un sottile strato di vaselina, circa 20 a 30 mm di larghezza, alla circonferenza delle pareti interne nella parte superiore della gabbia per evitare i sibilanti scarafaggi da arrampicata fuori dalla gabbia e fuggire.Nota: Sibilo scarafaggi possa essere alloggiato in una varietà di contenitori che hanno una grande superficie, sono di altezza sufficiente e hanno pal…

Representative Results

Questa sezione illustra i risultati che sono stati ottenuti quando le blatte di sibilo del Madagascar sono stati infettati con b. mallei, b. pseudomallei, o b. thailandensis; i risultati mostrano che questo insetto è un modello animale trattabile per diverse specie di Burkholderia nello studio della virulenza, tossicità dei farmaci e l’efficacia dei farmaci contro l’infezione batterica. Altri scarafaggi sibilanti è sopravvissuto in gruppi che sono stati infet…

Discussion

Condizioni sperimentali ottimali iniziano con una colonia di scarafaggio sibilante sano, che richiede un minimo ma impegno costante di tempo. Anche se sibilo scarafaggi può andare per un periodo di tempo relativamente lungo (~ settimane) senza cibo e acqua, manutenzione settimanale o bi-settimanale gabbia dovrà essere fornite. Ciò comprende il controllo il cibo e la fornitura di acqua e assicurando che la gabbia sia asciutta. Mantenere le condizioni di vita asciutto è particolarmente importante durante l’acclimatazio…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

J. Chua, N.A. Fisher, D. DeShaze e A.M. Friedlander progettato le procedure descritte nel manoscritto. J. Chua, N.A. Fisher, S.D. Falcinelli e D. DeShaze eseguito gli esperimenti. J. Chua ha scritto il manoscritto.

Gli autori ringraziano Steven A. Tobery per l’eccellente assistenza tecnica e Joshua J. W. Roan, Nora D. Doyle, David P. Fetterer, Nicholas R. Carter e Steven J. Kern per l’analisi statistica.

Il lavoro è stato supportato dalla Defense minaccia riduzione Agenzia proposta n #CBCALL12-THRB1-1-0270 A.M.F e #CBS. MEDBIO.02.10.Rd.034 a D.D.

Opinioni, interpretazioni, conclusioni e raccomandazioni sono quelle degli autori e non sono necessariamente approvati dall’esercito statunitense.

Il contenuto di questa pubblicazione non riflettono necessariamente le opinioni o le politiche del dipartimento della difesa, né fa menzione di nomi commerciali, prodotti commerciali, o organizzazioni implicano l’approvazione dal governo statunitense.

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

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Chua, J., Fisher, N. A., Falcinelli, S. D., DeShazer, D., Friedlander, A. M. The Madagascar Hissing Cockroach as an Alternative Non-mammalian Animal Model to Investigate Virulence, Pathogenesis, and Drug Efficacy. J. Vis. Exp. (129), e56491, doi:10.3791/56491 (2017).

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