Drosophila melanogaster is an outstanding model organism for studying innate immune systems and the physiological consequences of infection and disease. This protocol describes how to deliver robust and quantitatively repeatable bacterial infections to D. melanogaster, and how to subsequently measure infection severity and quantify the host immune response.
열매는 초파리 melanogaster의 면역 방어의 기능과 진화 연구를위한 최고의 모델 생물 중 하나입니다 비행. 선천성 면역의 여러 측면은 곤충 및 포유 동물 사이에서 보존되고, 초파리 용이 유전자 및 실험적으로 조작 할 수 있기 때문에, 이들은 면역계 기능과 질병의 생리적 영향을 연구하기위한 강력하다. 여기에 입증 절차는 상피 장벽과 방어의 수동적 인 형태를 무시하고 전신 감염에 초점을 허용, 직접 체강에 박테리아의 도입에 의해 파리의 감염을 수 있습니다. 절차는 호스트 사망, 전신 병원체 부하와 호스트 면역 체계의 유도 정도의 측정 속도에 대한 프로토콜을 포함한다. 감염이 절차는 저렴하고 튼튼하고 정량적으로 반복하고, 기능적 유전학, 진화 생활사 및 생리학 연구에 사용될 수있다.
과일 초파리 비행은 실험 조작에 매우 의무가 있으며, 넓은을 개발했다 광범위한 과학계에 의해 백업됩니다 기능과 면역 방어. 초파리의 진화 저렴하고 뒤쪽으로 쉽게 공부를위한 최고의 모델 생물 중 하나입니다 연구 도구의 배열. 선천성 면역의 여러 측면은 수신자 같은 수용체와 NF-kB의 가족 전사 인자, JAK / STAT 신호 및 JNK 경로의 반응에 의해 매개 신호 전달을 포함, 곤충, 포유류 사이에 보존되어있다. 1,2 이들 유전자 및 경로 수의 기능 D에 조회 할 melanogaster의 돌연변이를 사용하여 또는 RNAi의 그 증감 경로 활동 knockdowns 3 -. 또한 6 초파리 진화 생활사 이론의 맥락에서 비롯한 감염 질환의 생리적 영향을 연구하기 위해 사용될 수있다 (7).– 9 모든 그러한 연구는, 그러나, 확실하게 정의 된 처리 조건 하에서 실험 파리 감염 능력에 의존한다. 여기에 설명 된 절차는 초파리에 강력하고 반복적 인 세균 감염을 제공하고 이후 감염의 심각도를 측정하고 호스트 면역 반응을 정량화하기위한 방법 론적 프레임 워크를 제공합니다.
초파리는 자연과 실험적으로 세균, 곰팡이, 바이러스, 선충과 포식 기생자 말벌을 포함 기생충과 병원균의 다양한에 감염 될 수있다. 현재의 프로토콜은 전신 세균 감염을 제공에 초점을 맞추고 있습니다. 많은 다른 세균 감염 파리 사용될 수 있으며, 실험자의 선택은 요구되는 정밀한 과학 질문에 기초한다. 예를 들어, 인간 임상 분리가 박테리아 병원성 메카니즘 (10)을 연구하기 위해 이용 될 수 있거나, 생태 학적으로 중요한 균주 preferre 수있다진화 연구를위한 D. 11 일부 박테리아는 D의 유능한 병원균은 melanogaster의, 감염에 증식 및 호스트 질병 또는 사망의 원인. 다른 박테리아를 효과적으로 호스트의 면역 시스템에 의해 관리하고 몇 일 이내에 삭제됩니다. 이 예제에서, 비던 레트 게리 호스트 사망을 야기하고 생존 호스트에 계속. 대장균이 숙주 면역계에 의해 클리어되지 않은 병원체로 사용될 수있는 증식 성 병원체로서 사용될 것이다.
감염은 직접 플라이의 체강 내에 세균의 도입에 의해 확립 될 것이다. 이러한 접근 방식에 관계없이 송신 고유 모드의 전신 감염의 조사를 허용 상피 장벽 보호 동작을 우회. 실험적으로 전신 감염을 설정하기위한 두 가지 주요 방법이 있습니다. 첫 번째에서 nanoinjector하고 뽑아 유리 모세관 바늘의 정확한 수를 주입하는 데 사용됩니다파리에 박테리아. 이 방법은 감염 투여 량의 넓은 동적 범위를 허용하고 매우 정량적으로 반복되는 장점을 갖는다. 두 번째 방법은 오수 바늘로 한 번 찌르기 감염을 제공하는 것입니다. 이러한 접근 방식은 빠른 인 및 특별한 장치를 필요로하지 않는 장점을 갖는다. 감염이 성립되면, 이는 전신 병원체 부하 호스트 사망률 및 유도 성 면역계 활성을 측정하는 것이 가능해진다. 물론, 추가로 임의의 개수의 표현형을 생각할 감염된 D. 측정 될 수있다 후 감염 번식력 (12), 학습 능력 (13), 신진 대사 상태 (14), 또는 상상 할 수 있습니다 거의 모든 다른 특성을 포함 melanogaster의,.
여기에 설명 된 절차는 초파리의 엄격하고 높은 품질의 감염을 산출한다. 도시 된 예는 주로 비던 레트 게리와 E 감염에 초점을 맞추고 대장균하지만 프로토콜 적응력이며 호스트 사육 및 관리 조건의 범위에서 다양한 세균 감염에 적용될 수있다.
최적의 실험 방법의 세부 사항은 감염에 사용되는 세균 숙주의 유전자형, 전반적인 실험 조건에 의존 할 것이다. 그것은 강력하게 새로운 실험 조건 더 야심 찬 프로젝트를 시작하기 전에 파일럿 테스트하는 것이 좋습니다. 좋은 출발점은 100 배의 범위에서 세 감염 량을 테스트하는 것이다. 플라이 100 균체 – 매우 독성이 강한 병원균은 종종 최상의 10 정도의 매우 낮은 감염성 투여 량으로 도입된다. 더 온건 한 병원균은 FL 당 약 1,000 박테리아의 높은 용량으로 주입 될 수있다y 및 비 병원균은 박테리아 플라이 10,000만큼 높은 용량으로 주입 될 수있다. 그것은 세로 시계열상에서 병원균 부하 호스트 사망률 면역계 활성을 추적하여 새로운 감염의 역학을 정의하는 것이 유익하다. 병원체로드 및 호스트 유전자 발현의 측정이 파괴 분석이기 때문에, 그것을 측정 할 때마다 포인트에 대한 실험의 초기에 뚜렷한 파리를 감염시킬 필요가있다.
바늘로 한 번 찌르기 또는 마이크로 모세관 기반 주입을 사용할지 여부를 결정할 때, 이것은 장점과 한계 각 접근법에 존재 주목하는 것이 중요하다. 모세관 주입 모두 적당한 팽압을 증가시키고 염 또는 현탁 또는 담체에 용해 된 다른 분자를 도입 플라이으로 액체의 부피를 도입한다. 모세관 주입은 필요한 장비의 주입 시설 또는 구매에 액세스 할 수 있어야합니다. 정화조 바늘로 한 번 찌르기가 더 특별 장비 및 소개가 필요하지 않습니다무시할 플라이에 용지와는 일반적으로 날아간 다수의 감염에 더 효율적이다. 그러나 바늘로 한 번 찌르기 감염은 모세관 주입 달성 할 수 감염 량을 통해 정밀하게 제어 할 수 없습니다. 본 프로토콜은 기계적 주입량을 조절 사출 장치에 집중하지만, 가압 된 공기의 이산 펄스에 기초하여 주입 시스템도있다. (20, 21)이 일반적으로 장치가 여기에 추천보다 비싸며 각 공기 펄스의 보정을 필요 순서대로 바늘 일관된 주입 볼륨을 확인합니다.
파리는 야생에서 박테리아와 체계적으로 감염 될 방법에 대한 상당한 논쟁하지만 약간의 데이터가 있습니다. 일부 연구자들은 초파리가 병원성 박테리아를 섭취 할 때 자연 감염의 대부분이 발생 박테리아 이후 전신 감염을 설정하기 위해 장을 탈출 할 수있는 멋 부리다. 그러나, FE 매우있다알려진 W 박테리아는 D의 장을 통과 할 수 있도록 melanogaster의,이 기능을 수행하는 사람들은 파리 (22, 23)에 매우 치명적이다. 또 다른 이론은 실패 포식 시도 나 ectoparasitic 진드기의 공격으로부터 탈출을 통해 cuticular 부상을 유지 정기적으로 운항하는 것입니다. 이 가설은 야생 D의 빈번한 수집에 의해 지원됩니다 치유 상처 (게시되지 않은 관찰)을 가리킨다 melanization 명소 베어링 melanogaster의. 진드기 초파리 24 세균 감염을 송신하는 것으로 나타났다 진드기 남긴 상처 이차적 꿀벌 25 세균에 의해 감염 될 수있다. 그러나 D의 중심 진드기 또는 기타 기회 감염의 자연 주파수 표피 침해 통해 melanogaster의는 알려져 있지 않다. 여기에 설명 된 프로토콜은 직접 상피 장벽 또는 행동 면역 글로불린을 무시 정량 주입을 통해 체액에 박테리아의 도입을 허용NITY. D.에 병원성 박테리아를 공급하기위한 방법 이 Vodovar melanogaster의 외. 22 Nehme 외. (23)에 기재되어있다.
많은 곤충 병원성 박테리아는 연구자들이 편안하게 그들과 함께 작업 할 수 있도록, 거의 또는 전혀 인간의 건강에 위험을 초래할. 또한, 소수의 세균 실험의 개입없이 접촉에 초파리를 감염 할 수있는 능력 때문에 오염 된 표면을 통해 실험을 통해 세균 감염의 "전염병"확산의 위험이 있거나 일반적으로 매우 낮은 파리를 탈출했다. 그럼에도 불구하고, 적절한 봉쇄 조치가 탈출 감염된 파리를 방지하기 위해 장소에서 어떤이 파리를 탈출 탈환을 위해 있는지 확인하는 것이 좋습니다. 실험실에서 사용되는 병원균의에 상응하는 생물학적 안전 수준이 장착되어야하며, 미생물학 표준 모범 사례를 채용해야한다.
실험 infecti여기에 설명 된 방법에 임의의 박테리아의 용량을 가진 초파리 melanogaster의 감염 수 있습니다. 감염이 확립되면, 세균 증식이나 간극의 동역학을 측정하는 호스트 사망률을 추적하고, 숙주 면역계의 유도를 분석하기 쉽다. 감염된 초파리 용이하게 형성되거나 또는 감염에 의해 형성되는 생리 기능의 테스트를 포함하는 다른 표현형 분석을 거치게 될 수있다. 설명 된 절차는 저렴 상대적으로 적은 특수 장비를 필요로하고, 쉽게 연구 및 교육 연구소의 폭에 걸쳐 다양한 프로젝트에 사용하기에 순종하고, 알게된다.
The authors have nothing to disclose.
We would like to thank the entire Lazzaro lab, and especially Susan Rottschaefer, for their help in both reviewing and testing these protocols. This is a product of their cumulative expertise. Work in the Lazzaro lab is supported by grants R01 AI083932 and R01 AI064950 from the US National Institutes of Health.
Reagent | Company | Part Number |
Incubator | Powers Scientific, Inc | DROS52SD |
Paintbrush | ||
CO2 Flypads | FlyStuff | 59-114 |
CO2 | Airgas | CD FG50 |
Drosophila rearing mix | ||
6 oz Square Bottom Bottles, polypropylene | Genesee Scientific | 32-130 |
Nosterile Extra Large Cotton Balls | Fisher brand | 22-456-882 |
Microscope | Olympus Corporation | SZ51 |
Drosophila Vials polystyrene | VWR international | 89092-720 |
Nosterile Large Cotton Balls | Fisher brand | 22-456-883 |
2L flask | VWR international | 89000-370 |
Petri Dishes with Clear Lids, Raised Ridge; 100 . x 15 mm; | VWR international | 25384-302 |
LB Agar, Miller | Difco | 244520 |
Innoculing Loop | VWR international | 80094-488 |
Rainin Clasic Pipettes in various sizes 0.1 µl to 2 µl, 2 µl to 20 µl, 20 µl to 200 µl, 100 µl to 1000 |
Rainin | PR-2 PR-20 PR-200 PR-1000 |
Micropipette tips (assorted sizes) | VWR international | 30128-376 53503-810 16466-008 |
Luria Broth Base, Miller | Difco | 241420 |
Disposable Culture Tubes Borosilicate Glass | VWR international | 47729-576 |
S-500 Orbital Shaker | VWR international | 14005-830 |
centrifuge | VWR international | 37001-300 |
PBS pH 7.4 10x | Invitrogen | 70011044 |
SmartSpec 3000 Spectrophotometer | Bio-Rad | 170-2501 |
Semimicrovolume Cuvettes | Bio-Rad | 223-9955 |
Vertical Capillary Puller | Kopf Needle Pipette Puller | |
3.5'' Replacement glass Capillaries for Nanojet II | Drummond Sientific Company | 3-000-203-G/X |
Nanoject II | Drummond Sientific Company | 3-000-204 |
Forceps | Fine Science Tools | 11255-20 |
10mL Syringe | BD | 309604 |
Mineral Oil, White, light | Macron Fine Chemicals | 6358-10 |
minutein pins | Fine Science Tools | 26002-10 |
1.5mL Microcentrifuge tubes; Seal Rite | USA Scientific Inc. | 1615-5500 |
Motorized Pestle; Talboys Laboratory Stirrer | Troemner | 103 |
Talboys High Throughput Homogenizer | OPS Diagnostics | 930145 |
5/32'' Grinding Balls | OPS Diagnostics | GBSS 156-5000-01 |
Vortex Genie | Scientific indurstries inc. | G560 |
Multichannel Pipettor (10uL-300uL) | Sartorius | 730360 |
WASP2 Whitley Automated Spiral Plater | Microbiology International | |
ProtoCOL automated colony counter / plate counter/ plate reader | Microbiology International | |
TRIzol | Life Technologies | 15596-026 |
qPCR tubes; Low-Profile 0.2 ml 8-Tube Strips | Bio-Rad | TLS0801 |
qPCR caps; Optical Flat 8-Cap Strips | Bio-Rad | TCS0803 |
RQ1 RNase-Free DNase | Promega | m610a |
M-MLV Reverse Transcriptase | Promega | m170b |
dNTPs | Promega | U1240 |
Oligo-dT | IDT | |
SsoAdvanced SYBR Green Supermix | Bio-Rad | 172-5260 |
CFX Connect Real-Time PCR Detection System | Bio-Rad | 185-5200 |
RNasin Ribonuclease Inhibitor | Promega | N2115 |