Een protocol om de microsporidische parasiet Edhazardia aediste cultuuren. De parasiet wordt doorgevoerd van de ene generatie Aedes aegypti muggen naar de volgende via horizontale overdracht in het larvestadium, gevolgd door verticale transmissie in het volwassen stadium. Levende sporoplasma’s overleven op lange termijn in geïnfecteerde eieren.
Edhazardia aedis is een microsporidische parasiet van Aedes aegypti muggen, een ziektevector die meerdere arbovirussen overbrengt die jaarlijks miljoenen ziektegevallen veroorzaken. E. aedis veroorzaakt sterfte en verminderde reproductieve geschiktheid in de muggenvector en is onderzocht op zijn potentieel als biocontrolemiddel. Het protocol dat we presenteren voor het kweken van E. aedis is gebaseerd op de natuurlijke infectiecyclus, die zowel horizontale als verticale transmissie in verschillende levensfasen van de muggenhost omvat. Ae. aegypti muggen worden blootgesteld aan sporen in het larvale stadium. Deze geïnfecteerde larven rijpen vervolgens in volwassenen en zenden de parasiet verticaal over naar hun nakomelingen. Geïnfecteerde nakomelingen worden vervolgens gebruikt als een bron van sporen voor toekomstige horizontale transmissie. Culturing E. aedis kan een uitdaging zijn voor de niet-ingewijden gezien de complexiteit van de levenscyclus van de parasiet, en dit protocol biedt gedetailleerde begeleiding en visuele hulpmiddelen voor verduidelijking.
Aedes aegypti is de muggenvector van meerdere arbovirussen (bijvoorbeeld dengue, Zika, gele koorts) die samen naar schatting honderden miljoenen ziektegevallen per jaar en meer dan 30.000 sterfgevallen1,2. De behandeling van ziekten veroorzaakt door deze ziekteverwekkers is beperkt tot ondersteunende zorg en het is waarschijnlijk dat er in de toekomst nog meer arbovirussen zullen ontstaan3. Controle van de muggenvector is daarom van primair belang, omdat het effectief voorkomt dat de overdracht van huidige en opkomende ziekteverwekkers4. Traditioneel, vector controle strategieën voornamelijk gebruik maken van chemische insecticiden, maar resistentie tegen veelgebruikte insecticiden heeft gedreven de vraag naar nieuwe methoden van vectorcontrole. Een potentieel middel dat is onderzocht voor zijn biocontrole-eigenschappen tegen Ae. aegypti is de parasiet Edhazardia aedis5,6.
E. aedis, voor het eerst geïdentificeerd als Nosema aedis door Kudo in 1930, is een microsporidische parasiet van Ae. aegypti muggen7. De ontwikkeling en reproductie van E. aedis is relatief complex en de levenscyclus ervan kan op meerdere manierenverlopen 7,8,9. Een gemeenschappelijke ontwikkelingscyclus wordt in de diepte beschreven in Becnel et al., 19897 en wordt gebruikt voor laboratoriumvermeerdering (figuur 1)8. Kortom, de cyclus begint wanneer Ae. aegypti eieren verticaal besmet met E. aedis uitkomen in geïnfecteerde larven die onoplosbare sporen in het vetlichaam ontwikkelen, en meestal sterven als larven of poppen. Onoplosbare sporen die vrijkomen uit dode larven vervuilen de habitat en worden ingenomen door gezonde Ae. aegypti larven. Deze sporen ontkiemen voornamelijk in het spijsverteringskanaal, infecteren spijsverteringsweefsel van de blootgestelde larven, wat resulteert in horizontale overdracht. Horizontaal geïnfecteerde larven ontwikkelen zich tot volwassenen (ouderlijke generatie) waar binucleate sporen worden gevormd. Bij het vrouwtje, deze binucleate sporen binnenvallen het voortplantingskanaal en hun bijbehorende sporoplasma infecteert het ontwikkelen van eicellen. Deze eieren komen vervolgens uit in geïnfecteerde larven (kinderlijke generatie), wat resulteert in verticale overdracht van de parasiet en voortzetting van de cyclus zoals hierboven beschreven.
Meerdere studies hebben onderzocht het potentieel van E. aedis voor biocontrol. Infectie met E. aedis is aangetoond dat resulteren in verminderde voortplantingscapaciteit van Ae. aegypti vrouwtjes10. Verder, in een semi-veld experiment, inundative release van E. aedis resulteerde in de totale uitroeiing van een test Ae. aegypti bevolking gehouden binnen een gescreende behuizing6. Hoewel E. aedis in staat is om een aantal ontwikkelingsstadia te ondergaan in een diverse reeks muggensoorten, wordt deze slechts verticaal overgedragen in Ae. aegypti, wat wijst op een hoge mate van gastheerspecificiteit11,12. Evenzo heeft de microsporidische parasiet in een laboratoriumbeoordeling van het potentiële milieurisico in verband met E. aedisniet infecteerde om niet-doelinaalfauna te infecteren, waaronder roofdieren die Ae. aegyptilarven inlikten die besmet waren met E. aedis13. Deze resultaten benadrukken het potentieel voor E. aedis te worden gebruikt in biologische bestrijding strategieën gericht op natuurlijke Ae. aegypti populaties.
Ondanks het feit dat E. aedis belofte toont voor gebruik in vectorcontrole, zijn er uitdagingen om het op grote schaal te kweken en in te zetten. E. aedissporen verliezen infectiviteit in minder dan één dag bij koude temperaturen (d.w.z. 5 °C). Zelfs bij warmere temperaturen (d.w.z. 25 °C) verliezen sporen snel infectiviteit in de loop van drie weken14. Bovendien moet E. aedis worden gekweekt in levende Ae. aegypti muggen en gecontroleerde doseren van gezonde larve muggen is noodzakelijk om de voltooiing van de levenscyclus te waarborgen en om instorting van de bevolking die wordt gebruikt voor cultuur8te voorkomen. De eis van in vivo culturing vormt een uitdaging; recente ontwikkelingen op het gebied van muggenmassateelt en robotica (bijvoorbeeld Massaro et al.15)zouden echter grootschalige generatie E. aedissporen mogelijk kunnen maken. We verwachten dat visualisatie van deze methodologie de toegankelijkheid van het E. aedis-opfoupsprotocol zal vergroten en meer onderzoekers in staat zal stellen de basisbiologie en het toegepaste potentieel van dit systeem te onderzoeken. We verwachten ook dat het zal vergemakkelijken meer samenwerkingen met ingenieurs, robotici, en de bredere technologiesector, die kan dienen om de massa opfokking van E. aediste verbeteren .
Figuur 1: E. aedis propagatie in Ae. aegypti. Voortplanting van E. aedis begint met het uitkomen van E. aedis geïnfecteerde eieren. Geïnfecteerde larven worden gekweekt tot4e instar, E. aedis sporen worden geïsoleerd van deze larven, en de sporen worden gebruikt om oraal infecteren gezonde2 nd/3rd instar larven gefokt uit een niet-geïnfecteerde koppeling van eieren (horizontale transmissie). Deze oraal geïnfecteerde larven worden vervolgens gekweekt tot volwassenheid (ouderlijke generatie) en leggen eieren besmet met E. aedis (verticale overdracht). Geïnfecteerde eieren (kinderlijke generatie) worden vervolgens uitgebroed om de infectiecyclus en parasietencultuur voort te zetten. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
We presenteren hier de methode oorspronkelijk beschreven in Hembree en Ryan, 19828 voor het grootbrengen van E. aedis microsporidia in Ae. aegypti muggen. De stam van E. aedis gebruikt in deze studie werd afgeleid van de oorspronkelijke veld collectie door Stephen Hembree in Thailand in 197919. De methode speelt in op horizontale transmissie, die van nature voorkomt in de transmissiecyclus van E. aedis7, om de parasiet op een gecontroleerde manier te verspreiden. Deze methode kan een uitdaging zijn voor nieuwkomers die niet bekend zijn met het verschijnen van sporen, symptomen van infectie bij larven of de coördinatie die nodig is om het multi-stage opfoktings- /dosingprotocol met succes te voltooien. Onze hoop is dat de visuele hulpmiddelen die dit protocol begeleiden de toetredingsdrempels voor onderzoekers die E. aedis willen cultuuren, zullen verminderen.
We propageerden E. aedis de Ae. aegypti zoals hierboven beschreven en kwantificeerden het succes van parasitisme in de kinderlijke generatie. Kortom, we uitgebroed E. aedis geïnfecteerde Ae. aegypti eieren, fokte ze tot 4e instar, en verzamelde onopbrengen E. aedis sporen van de geïnfecteerde larven. Vervolgens hebben we via orale inname gezonde larven horizontaal besmet met deze sporen en de horizontaal geïnfecteerde larven tot volwassenheid opgevoed. We bloed gevoed de geïnfecteerde volwassenen (ouderlijke generatie) en verzamelde eieren (kinderlijke generatie), die we verondersteld zou verticaal besmet zijn met de E. aedis parasiet. We broedden eieren uit de kinderlijke generatie en verzamelden en homogeniseerden een subset van de larven toen ze4e instars waren. We kwantificeerden het percentage larven dat besmet was met E. aedis en de totale sporentelling bij alle geïnfecteerde individuen. We ontdekten dat de overgrote meerderheid (96%) van individuen waren besmet en de gemiddelde sporenbelasting van geïnfecteerde larven was ~105. We concluderen dat ons opfokprotocol resulteerde in een zeer succesvolle voortplanting van E. aedis de Ae. aegypti muggen.
Er zijn meerdere aspecten van dit protocol die bijzonder uitdagend kunnen zijn voor de niet-ingewijde gebruiker. Hieronder bieden we enkele aanvullende informatie die van nut kan zijn. Voor vragen over algemene muggenhouderij valt een complete gids voor het onderhoud van de Aegypti-kolonie buiten het toepassingsgebied van dit protocol. Echter, veel voorkomende vragen kunnen worden aangepakt door middelen uit de Biodefense en Emerging Infections Research Resources Repository16,17 met inbegrip van eierbroedsel, algemene dieetbehoeften, huisvesting en milieuomstandigheden, en bloedvoeding. Met betrekking tot de tijdlijn van infectie vertonen larven die uit geïnfecteerde eieren zijn voortgekomen pas laat in het4e instar-stadium tekenen van infectie. Onoplosbaar sporen verschijnen snel, in de loop van 1-2 dagen. Larven kunnen vrijwel niet besmet lijken na 6 dagen na het uitkomen, maar zeer besmet door dag 7 of 8 na het uitkomen. Bovendien kan het een uitdaging zijn om sporen in gehomogeniseerde monsters te visualiseren, omdat er veel andere microben aanwezig zijn in hele muggenhomogenaten, waaronder andere eukaryotische eencellige organismen (bijvoorbeeld gist) van dezelfde grootte als de E. aedis niet-ucleïteitsporen. De kenmerkende vorm van E. aedis sporen (Figuur 2A) is een zeer betrouwbare methode voor identificatie en zal helpen onderscheiden E. aedis van andere microben in het homogenaat. Hoewel het niet nodig is voor identificatie of kwantificering, kan het, indien sporezuivering gewenst is, worden bereikt via colloïdale silicadichtheidsgraadcentrifugatie die het mogelijk maakt E. aedissporen te scheiden van andere vervuilende elementen in het homogenaat. Dit proces wordt in detail beschreven in Solter et al.20.
Temperatuur en dieet gebruikt in het fokken praktijken vaak verschillen tussen laboratoria, maar variaties zal waarschijnlijk nog steeds opleveren succesvolle parasiet voortplanting. Kleine verschillen in larve voedseltype interfereren niet met succesvolle infectie, hoewel we in dit protocol niet expliciet verschillende voedselsoorten hebben getest. Het effect van temperatuur op infectie is getest en E. aedis infectie bleek robuust te zijn bij een breed scala van temperaturen21. De maximale sporeproductie vond plaats bij 30,8 °C, maar was nog steeds robuust bij opfoktemperaturen van slechts 20 °C. Het aantal sporen werd drastisch verminderd bij hogere opfoktemperaturen (36 °C), daarom moeten deze temperaturen voor dit protocol worden vermeden.
Besmetting is altijd een punt van zorg bij het werken met parasieten. E. aedis is een succesvolle parasiet van Ae. aegypti en moet daarom gescheiden worden gehouden van niet-geïnfecteerde laboratoriumkolonies om besmetting te voorkomen. We raden aan om besmette muggen indien mogelijk op te slaan in een aparte incubator. We raden ook aan dat materialen die worden gebruikt voor microsporidiawerk (bijvoorbeeld larvetrays, transferpipets, kooien, eierverzamelbekers) worden aangewezen voor microsporidia-werk en niet breder worden gebruikt in het insectarium. Alle opfokmaterialen moeten worden gesteriliseerd met 10% bleekmiddel na gebruik en autoclaving kan worden gebruikt om bleekwatersterilisatie aan te vullen.
The authors have nothing to disclose.
We willen Spencer Blankenship bedanken voor hulp bij het grootbrengen van muggen. We danken ook James N. Radl en M. Dominique Magistrado voor nuttige feedback op het manuscript.
120 mL Specimen cup | McKesson | 911759 | Inexpensive alternative to beaker |
150 mL beakers | VWR | 10754-950 | For larval dosing |
2 oz round glass bottle | VWR | 10862-502 | Bottle for 10% sucrose in adult cages |
3 oz. emergence cup | Henry-Schein | 1201502 | For transfer of pupae to cage |
Adult mosquito cages | Bioquip | 1462 or 1450ASV | For adult housing |
Autoclave | For sterilization | ||
Bleach | For sterilization | ||
Brewer’s yeast | Solgar | For feeding larvae during dosing | |
Controlled rearing chamber | Tritech | DT2-MP-47L | Inexpensive small rearing chamber |
Cotton roll | VWR | 470161-446 | Wick for sugar bottles |
Defibrinated rabbit blood | Fisher | 50863762 | For blood feeding adults |
Disodium ATP, crystalline | Sigma-Aldrich | A26209-5G | For blood feeding adults |
Dry cat food | 9Lives | Indoor Complete | For general larval rearing |
Fish food flakes | TetraMin | For general larval rearing | |
Hemocytometer | Fisher | 267110 | For counting spores |
Homogenizer/mixer motor | VWR | 47747-370 | For homogenizing infected larvae |
Larval rearing trays | Sterillite | 1961 | Overall dimensions are 11" x 6 5/8" x 2 3/4" |
Liver powder | NOW foods | 2450 | For feeding larvae during dosing |
Pipette 1 – 10µL | VWR | 89079-962 | For larval dosing |
Pipette 100 – 1000µL | VWR | 89079-974 | For food during larval dosing |
Pipette tips 1 – 10µL | VWR | 10017-042 | For larval dosing |
Pipette tips 100 – 1000µL | VWR | 10017-048 | For food during larval dosing |
Plastic pestles | VWR | 89093-446 | For homogenizing infected larvae |
Sucrose, crystalline | Life Technologies | 15503022 | For adult feeding |
Transfer pipet | VWR | 414004-033 | For larval transfer, must trim ends |