Протокол к культуре микроспоридского паразита Edhazardia aedis. Паразит перешел от одного поколения комаров Aedes aegypti к следующему через горизонтальную передачу на этапе личинки с последующим вертикальной передачей на взрослой стадии. Live sporoplasms выжить в долгосрочной перспективе в инфицированных яиц.
Edhazardia aedis является микроспоридным паразитом комаров Aedes aegypti, переносчиком болезни, который передает несколько арбовирусов, которые вызывают миллионы случаев заболевания каждый год. E. aedis вызывает смертность и снижение репродуктивной пригодности в переносчике комаров и был исследован на его потенциал в качестве агента биоконтроля. Протокол, который мы представляем для культивирования E. aedis, основан на его естественном цикле инфекции, который включает как горизонтальную, так и вертикальную передачу на разных стадиях жизни хозяина комаров. Комары Ae. aegypti подвергаются воздействию спор на личиночинок. Эти инфицированные личинки затем созревают во взрослых и передают паразита вертикально их потомству. Зараженное потомство затем используется в качестве источника спор для будущей горизонтальной передачи. Культивирование E. aedis может быть сложным для непосвященных, учитывая сложности жизненного цикла паразита, и этот протокол содержит подробные рекомендации и визуальные пособия для уточнения.
Aedes aegypti является переносчиком комаров нескольких арбовирусов (например, денге, Зика, желтой лихорадки), которые вместе, по оценкам, составляют сотни миллионов случаев заболевания каждый год и более 30000 смертей1,2. Лечение заболеваний, вызванных этими патогенами ограничивается поддерживающей помощи и вполне вероятно, что дополнительные арбовирусы появятся вбудущем 3. Поэтому борьба с переносчиком комаров имеет первостепенное значение, поскольку она эффективно предотвращает передачу современных и возникающих патогенов4. Традиционно в стратегиях борьбы с переносчиками в основном используются химические инсектициды, однако устойчивость к многим широко используемым инсектицидам обуголит спрос на новые методы борьбы с переносчиками. Одним из потенциальных агентов, которые были изучены для его биоконтроля свойства против Ae. aegypti является паразит Edhazardia aedis5,6.
E. aedis, впервые идентифицирован как Nosema aedis Кудо в 1930 году, является микроспоридским паразитом комаров Ae aegypti 7. Разработка и воспроизведение E. aedis является относительно сложным и его жизненный цикл может продолжатьсянесколькими способами 7,8,9. Один общий цикл развития подробно описан в Becnel et al., 19897 и используется для лабораторного распространения(рисунок 1)8. Короче говоря, цикл начинается, когда Ae. aegypti яйца вертикально инфицированных E. aedis люк в инфицированных личинок, которые развиваются споры унинуклеата в жировом теле, и, как правило, умирают, как личинки или куколки. Унинуклеатные споры, высвобождаемые из мертвых личинок, загрязняют среду обитания и попадают в организм здоровых личинок Ae. aegypti. Эти споры прорастают в основном в пищеварительном тракте, заражая пищеварительную ткань открытых личинок, что приводит к горизонтальной передаче. Горизонтально инфицированные личинки превращаются во взрослых (родительское поколение), где образуются споры бинуклеата. У женщин, эти споры бинуклеата вторгнуться в репродуктивный тракт и связанных с ними sporoplasm заражает развивающихся яйцеклеток. Затем эти яйца вылупляются в инфицированные личинки (семейное поколение), что приводит к вертикальной передаче паразита и продолжению цикла, как описано выше.
Многочисленные исследования исследовали потенциал E. aedis для биоконтроля. Инфекция E. aedis было продемонстрировано, чтобы привести к снижению репродуктивной способности женщин Ae. aegypti 10. Кроме того, в полу-полевой эксперимент, затопления релиз E. aedis привело к полной ликвидации испытания Ae. aegypti населения хранится в пределах экранированныхкорпус 6. Хотя в состоянии пройти некоторые этапы развития в разнообразный набор видов комаров, E. aedis только вертикально передается в Ae. aegypti, что свидетельствует о высокой степени специфичности хозяина11,12. Аналогичным образом, в лабораторной оценке потенциального экологического риска, связанного с E. aedis, микроспоридный паразит не смог заразить нецелевую водную фауну, в том числе хищников, которые проглотили личинки Ae aegypti, инфицированные E. aedis13. Эти результаты подчеркивают потенциал использования E. aedis в стратегиях биологического контроля, ориентированных на естественные популяции Ae. aegypti.
Несмотря на то, что E. aedis демонстрирует перспективу использования в борьбе с переносчиками, существуют проблемы с культивированием и развертыванием его в широком масштабе. Споры E. aedis теряют инфекционность менее чем за один день при низких температурах (т.е. 5 градусов по Цельсию). Даже при более высоких температурах (т.е. 25 градусов по Цельсию) споры быстро теряют инфекционность в течение трех недель14. Кроме того, E. aedis должны быть культурны в живых комаров Ae. aegypti и контролируемого досирования здоровых личинок комаров необходимо для обеспечения завершения жизненного цикла и предотвращения коллапса населения, используемого длякультуры 8. Требование о культивировании in vivo представляет собой проблему; однако недавние достижения в области выращивания массы комаров и робототехники (например, Massaro et al.15) могутпозволить крупномасштабное поколение спор E. aedis. Мы ожидаем, что визуализация этой методологии повысит доступность протокола воспитания E. aedis и позволит большему число исследователей исследовать основную биологию и прикладной потенциал этой системы. Мы также ожидаем, что это будет способствовать более тесному сотрудничеству с инженерами, робототехниками и более широким технологическим сектором, который может служить для улучшения массового воспитания E. aedis.
Рисунок 1: E. aedis распространение в Ae. aegypti. Распространение E. aedis начинается с вылупления инфицированных яйцеклеток E. aedis. Зараженные личинки вырастили до4-й instar, споры E. aedis изолированы от этих личинок, и споры используются для устного заражения здоровых 2-й /3rd личинки instar, вырастили из неинфицированного сцепления яиц (горизонтальная передача). Эти устно инфицированные личинки затем вырастили до совершеннолетия (родительское поколение) и откладывают яйца, инфицированные E. aedis (вертикальная передача). Зараженные яйца (семейное поколение) затем вылупляются, чтобы продолжить цикл инфекции и паразитов культуры. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Мы представляем здесь метод, первоначально описанный в Хембри и Райан, 19828 для выращивания E. aedis микроспоридии в комарах Ae. aegypti. Штамм E. aedis, используемый в этом исследовании, был получен из оригинальной полевой коллекции Стивена Хембри в Таиланде в 1979году 19. Метод использует горизонтальную передачу, которая естественным образом происходит в цикле передачи E. aedis7, для контролируемого распространения паразита. Этот метод может быть сложным для новичков, которые не знакомы с появлением спор, симптомы инфекции у личинок, или координация, необходимая для успешного завершения многоступенчатого воспитания / досирования протокола. Мы надеемся, что визуальные пособия, которые сопровождают этот протокол позволит уменьшить барьеры для входа для исследователей, которые хотят культуры E. aedis.
Мы распространяли E. aedis в Ae. aegypti, как описано выше, и количественно успех тунеядства в поколении семей. Короче говоря, мы вылупились E. aedis инфицированных Ae. aegypti яйца, вырастили их до 4-йinstar, и собрали uninucleate E. aedis споры из инфицированных личинок. Затем мы горизонтально инфицированных здоровых личинок с этими спорами через пероральный прием внутрь, и поднял горизонтально инфицированных личинок до совершеннолетия. Мы кормили инфицированных взрослых (родительское поколение) и собирали яйца (семейное поколение), которые, как мы предположили, были бы вертикально заражены паразитом E. aedis. Мы вылупились яйца из семейного поколения и собрали и гомогенизировали подмножество личинок, когда они были4-й instars. Мы количественно определить процент личинок, которые были инфицированы E. aedis и общее количество спор у всех инфицированных людей. Мы обнаружили, что подавляющее большинство (96%) людей были инфицированы, а средняя спорная нагрузка инфицированных личинок составила 105 евро. Мы пришли к выводу, что наш протокол выращивания привел к весьма успешному распространению E. aedis у комаров Ae. aegypti.
Есть несколько аспектов этого протокола, которые могут быть особенно сложными для непосвященного пользователя. Ниже мы предлагаем некоторую дополнительную информацию, которая может оказать помощь. Что касается вопросов, касающихся выращивания комаров в целом, то полное руководство по техническому обслуживанию колонии Ae. aegypti выходит за рамки настоящего протокола. Тем не менее, многие общие вопросы могут быть решены за счет ресурсов из Biodefense и новых инфекций научно-исследовательскихресурсов хранилище 16,17 втом числе яйцо штриховки, общие диетические потребности, жилье и условия окружающей среды, и кормления крови. Что касается сроков инфицирования, личинки, вылупившихся из инфицированных яиц, не проявляют признаков инфекции до конца4-й стадии instar. Uninucleate споры появляются быстро, в течение 1-2 дней. Личинки могут появиться практически неинфицированными в течение 6 дней после вылупления, но сильно инфицированными в день 7 или 8 после вылупления. Кроме того, это может быть сложной задачей для визуализации спор в гомогенизированных образцов, поскольку Есть много других микробов, присутствующих в целом комаров гомогенатов, в том числе других эукариотических одноклеточных организмов (например, дрожжи) такого же размера, как споры E. aedis uninucleate. Отличительная форма спор E. aedis (рисунок 2A) является очень надежным методом идентификации и поможет отличить E. aedis от других микробов в гомогенате. Хотя это не является необходимым для идентификации или количественной оценки, если спороочистка желательно, она может быть достигнута с помощью коллоидной плотности кремнезема градиент центрифугации, которая позволит для отделения спор E. aedis от других загрязняющих элементов в гомогенате. Этот процесс подробно описан в Solter et al.20.
Температура и диета, используемые в воспитании практики обычно отличаются между лабораториями, но вариации, скорее всего, по-прежнему дают успешное распространение паразитов. Незначительные различия в типе личинок питания не мешают успешной инфекции, хотя мы явно не проверить различные типы продуктов питания в этом протоколе. Влияние температуры на инфекцию было проверено и E. aedis инфекции было установлено, что надежный при широком диапазоне температур21. Максимальное производство спор произошло при температуре 30,8 градусов по Цельсию, но все еще было устойчивым при температурах при температуре до 20 градусов по Цельсию. Количество спор резко сократилось при более высоких температурах при выращивании (36 градусов по Цельсию), поэтому этих температур следует избегать для этого протокола.
Загрязнение всегда вызывает озабоченность при работе с паразитами. E. aedis является успешным паразитом Ae. aegypti и поэтому должен храниться отдельно от неинфицированных лабораторных колоний для предотвращения загрязнения. Мы рекомендуем по возможности хранить инфицированных комаров в отдельном инкубаторе. Мы также рекомендовали, чтобы материалы, используемые для работы микроспоридии (например, личинки лотки, передачи пипетки, клетки, чашки сбора яиц) предназначены для работы микроспоридии и не используется более широко во всем насекомых. Все материалы для выращивания должны быть стерилизованы с 10% отбеливателя после использования и автоклавинга могут быть использованы в дополнение к стерилизации отбеливателя.
The authors have nothing to disclose.
Мы хотели бы поблагодарить Спенсер Бланкеншип за помощь в выращивании комаров. Мы также благодарим Джеймса Н. Рэдла и М. Доминика Магистрадо за полезную обратную связь с рукописью.
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 |