På grund av de slående likheter av livscykeln och biologi av gnagare malariaparasiter till mänskliga malariaparasiter, gnagare malaria modeller har blivit oumbärlig för malaria forskning. Häri, standardiserade vi några av de viktigaste teknikerna som används i fenotypisk analys av vildtyp och transgena gnagare malaria arter.
Senaste framstegen inom genetik och systembiologi teknik har främjat vår förståelse av biologi malariaparasiter på molekylär nivå. Emellertid, effektiva malariaparasiten mål för vaccin och kemoterapi utveckling är fortfarande begränsade. Detta beror till stor del på otillgängligheten av relevanta och praktiska in vivo -infektionsmodeller för humana plasmodiumarter , framför allt för p. falciparum och p. vivax. Därför har gnagare malaria arter använts i stor utsträckning som praktiskt alternativ in vivo modeller för malariavaccin, drog inriktning, immunsvar, och funktionella karakteriseringsstudier av bevarade Plasmodiumspp. gener. Faktum är att gnagare malaria modeller har visat sig vara ovärderliga, särskilt för att utforska myggnät och lever scen biologi, och var oumbärliga för immunologiska studier. Det finns dock avvikelser i de metoder som används för att utvärdera fenotyper av transgena och vildtyp asexuella och sexuella blod-scenen parasiter. Exempel på dessa avvikelser är valet av en intravenös kontra intraperitoneal infektion av gnagare med blod-Stadium parasiter och utvärderingen av manliga könscell exflagellation. Häri, vi detalj standardiserade experimentella metoder för att utvärdera fenotyper av asexuella och sexuella blod stadier i transgena parasiter som uttrycker reporter-gen eller vild-typ gnagare malaria parasitarter. Vi detalj också metoder för att utvärdera fenotyper av malaria parasit mygga stadier (könsceller, ookinetes, oocyster, och sporozoiter) inuti Anopheles mygga vektorer. Dessa metoder är detaljerade och förenklade här för dödliga och icke-dödliga stammar av p. berghei och p. yoelii men kan också tillämpas med vissa justeringar av p. chabaudi och p. vinckei gnagare malaria arter.
Malariaparasiter orsaka hundratals miljoner malaria infektioner i människor över hela världen, med mer än 600 000 dödsfall varje år1. Mänskliga infektioner orsakas av fem malaria parasitarter, nämligen p. falciparum, p. vivax, p. ovale, p. malariaeoch p. knowlesi. De flesta kliniska malaria mortalitet orsakas av P. falciparum i Afrika söder om Sahara1. En annan mänsklig malaria parasitarter som orsakar omfattande globala komorbiditeter utanför Afrika söder om Sahara är P. vivax2. De andra tre arterna är alla mer geografiskt begränsade och orsakar godartade malaria infektioner, utom den dödliga P. knowlesi3. Otillgängligheten av relevanta och praktiska icke-humana in vivo-modeller av infektioner har alltid varit och är fortfarande ett hinder för malariavaccin och läkemedelsutveckling. Tidigare malaria drog inriktning och metaboliska studier har åberopats i stor utsträckning på aviär malaria modeller som p. gallinaceum och p. lophurae, infekterar kycklingar och änder, respektive4. Därefter infördes gnagare malaria arter successivt i olika vacciner och drog inriktning studier som in vivo-modeller. Under årens lopp har bevis för likheter av biologi och värd-parasit interaktioner av livscykelstadier av gnagare malaria modeller till mänskliga malaria arter ackumuleras.
I synnerhet, gnagare malaria modeller var oerhört viktigt att utforska och karakterisera biologi av mygga och pre-erytrocytiska stadier5. Det finns dock fyra gnagare malaria arter (p.berghei, p. yoelii, p. chabaudi, och p. vinckei) som har olika biologiska egenskaper, den mest anmärkningsvärda av dessa är i blodet stadier6. Gnagare malaria arter skiljer sig i Synchronicity av blod stadier, där blod stadier av p. chabaudi och p. vinckei stammar är mestadels synkrona, medan blod stadierna av p. berghei och p. yoelii är inte6 , 7. en annan anmärkningsvärd skillnad är själv klarering av blod stadier som förekommer i vissa stammar(t. ex., p. yoelii 17x-nl, p. berghei NK65, och p. vinckei lentum), medan blod infektionen av andra stammar av samma art kan vara dödliga om de lämnas obehandlade (p. yoelii 17x-L, p. berghei anka, och P. chabaudi as). Dessutom, p. yoelii 17x-nl stam och p. berghei anka stam företrädesvis invadera retikulocyter8,9,10,11, även om dessa funktioner i p. yoelii och P. berghei stammar är inte en strikt tillväxt krav12,13,14. Därför, möss behandlas med Fenylhydrazin före en infektion med blod stadier av dessa parasiter för att öka parasitemia och gametocytemia behövs för en mygga infektion för p. berghei anka stam och för p. yoelii 17x-nl15,16,17,18,19.
Skillnader i Mosquito stadier utveckling finns också bland olika gnagare malaria arter, den mest anmärkningsvärda är den temperatur och tid som krävs för optimal Mosquito stadier utveckling och sporozoite längd5,6, 20. I pre-erytrocytiska stadier av gnagare malaria arter, skillnader inkluderar gnagare arter och stam som är mest mottagliga för infektiös sporozoit Inympning, antalet sporozoiter som behövs för inympning i en mottaglig gnagare stam, däggdjursceller som behövs för in vitro-utvecklingstester för lever stadiet, och tiden för att slutföra utvecklingen av lever stadiet5,21,22,23,24,25 ,26,27,28,29,30.
Trots dessa variabilities var gnagare malariaparasiter gynnsamma modeller tidigt för tillämpningen av omvänd genetiska metoder, eftersom de var mindre tid-och resurskrävande med en hög sannolikhet för framgång31. I själva verket, gnagare malaria modeller var de bästa modellerna, och i många fall de enda modellerna, tillgängliga för många år att funktionellt karakterisera gener uttrycks i mygga och lever stadier.
Mot bakgrund av populariteten och möjligheten att omvända genetiska metoder i gnagare malaria modeller, har ett antal olika metoder utnyttjats för att analysera fenotyper av transgena parasiter livscykelstadier, särskilt blod stadier. Vissa av dessa metoder är dock inkonsekvent. till exempel, jämföra infektioner i blod-skede parasiter efter en IP-injektion (som möjligen dräneras till peritoneala lymfkörtlar och, därifrån, kan komma in i blodomloppet; därför, de injicerade parasiter inte hamna lika i blodet) , jämföra mygga överföring av kloner med olika antal seriella blod-steg överföringar eller G-nummer (som kan påverka gametocytogenesis32,33), eller jämföra transgena parasiter direkt till naiva vildtyp (WT) parasiter som aldrig utsattes för elektroporation och positivt val av läkemedel och de olika ostandardiserade utvärderingar av manliga könscell exflagellation. Därför är det viktigt att standardisera protokoll som är enkla att följa för fenotypisk analys av någon typ av transgena eller WT gnagare malariaparasiter i blodet och i mygga för att tillgodose de biologiska variabiliteterna av gnagare malaria parasitarter.
Häri, Vi rapporterar om ett standardiserat, detaljerat experimentprotokoll för fenotypisk analys av blod och myggor livscykelstadier av transgena eller vildtyp p. yoelii och p. berghei parasiter. Dessa protokoll är också tillämpliga på p. chabaudi och p. vinckei parasiter.
Trots likheten i den allmänna biologin av deras livscykler till att mänskliga malariaparasiter, mus malaria modeller har också många olikheter till mänskliga Plasmodium arter som skulle begränsa deras användning som tillförlitlig in vivo modeller. Till exempel, med undantag för levande försvagade parasiter som vacciner, gav alla vaccin studier med subenhet och DNA och andra vacciner utmärkta resultat i musmodellen, men hos människor som lever i endemiska områden var resultaten långt ifrån…
The authors have nothing to disclose.
Ahmed Aly stöds av finansiering till Bezmialem Vakif universitet från det turkiska ministeriet för utveckling Grant 2015BSV036, och genom finansiering från Tulane University School of Public Health and Tropical Medicine, och genom finansiering från NIH-NIAID för R21Grant 1R21AI111058-01A1.
Heparin | Sigma | 375095-100KU | |
Xanthurenic acid | Sigma | D120804-5G | |
Hypoxanthine | Sigma | H9377-25G | |
Alsever's solution | Sigma | A3551-500ML | |
Sodium Bicarbonate | Sigma | S5761-500G | |
Phenylhydrazine | Sigma | P26252-5G | |
Glycerol | Sigma | G5516-500ML | |
Giemsa | Sigma | GS1L-1L | |
26G x 3/8 Precision Glide Needle, | Becton Dickinson | 305110 | |
1 ml TB Syringe, 26G x 3/8 | Becton Dickinson | 309625 | |
1 cc Insulin Syringe, U-100 27G | Becton Dickinson | 329412 | |
Isoflurane, USB | Piramal | 2667- 46- 7 | |
PBS, pH 7.4 | Gibco | 10010049 | |
RPMI | Gibco | 22400105 | |
DMEM | Gibco | 11995065 | |
Pencillin/ Streptomycin | Gibco | 10378016 | |
Fetal Bovine Serum | Gibco | 10082147 | |
Fiber Glass Wool | Corning | 3950 |