Phänotypische Analyse von Nagetier Malaria Parasiten Asexual und Sexuelle Blutstadien und Mückenstadien

Malariaparasiten verursachen weltweit Hunderte Millionen von Malariainfektionen beim Menschen, mehr als 600.000 Todesfälle pro Jahr¹. Menschliche Infektionen werden durch fünf Malariaparasitenarten verursacht, nämlich P. falciparum, P. vivax, P. ovale, P. malariaeund P. knowlesi. Die meisten klinischen Malaria-Sterblichkeiten werden durch P. falciparum in Afrika südlich der Sahara^{verursacht 1}. Eine weitere menschliche Malariaparasitenart, die außerhalb Afrikas südlich der Sahara umfangreiche weltweite Morbiditäten verursacht, ist P. vivax². Die anderen drei Arten sind alle geografisch stärker eingeschränkt und verursachen gutartige Malariainfektionen, mit Ausnahme der tödlichen P. knowlesi³. Die Nichtverfügbarkeit relevanter und praktischer nichtmenschlicher In-vivo-Modelle von Infektionen war und ist immer noch ein Hindernis für Malaria-Impfstoffe und die Entwicklung von Medikamenten. Frühere Malaria-Medikamente Targeting und Metabolische Studien haben sich weitgehend auf Aviäre Malaria-Modelle wie P. gallinaceum und P. lophuraeverlassen, hühner und enten zu infizieren, bzw.⁴. Danach wurden Nagetier-Malaria-Arten nach und nach in verschiedenen Impfstoffen und Medikamenten-Targeting-Studien als In-vivo-Modelle eingeführt. Im Laufe der Jahre haben sich Hinweise auf Ähnlichkeiten der Biologie und der Wirtsparasiten-Wechselwirkungen von Lebenszyklusstadien von Nagetier-Malariamodellen mit menschlichen Malariaarten angesammelt.

Insbesondere Nagetier-Malaria-Modelle waren extrem wichtig, um die Biologie von Mücken und präerythrozytischen Stadien zu erforschen und zu charakterisieren⁵. Es gibt jedoch vier Nagetier-Malaria-Arten (P. berghei, P. yoelii, P. chabaudiund P. vinckei), die unterschiedliche biologische Merkmale aufweisen, von denen die bemerkenswertesten in den Blutstadien⁶sind. Nagetier-Malaria-Arten unterscheiden sich in der Synchronität der Blutstadien, wo blutbildende Stadien von P. chabaudi und P. vinckei Stämmen meist synchron sind, während die Blutstadien von P. berghei und P. yoelii nicht⁶ sind. ^{, 7}. Ein weiterer bemerkenswerter Unterschied ist die Selbstclearance von Blutstadien, die in einigen Stämmen auftritt(z.B. , P. yoelii 17X-NL, P. berghei NK65, und P. vinckei lentum), während die Blutinfektion anderer Stämme der gleichen Art könnten tödlich sein, wenn sie unbehandelt bleiben (P. yoelii 17X-L, P. berghei ANKA und P. chabaudi AS). Darüber hinaus p. yoelii 17X-NL Stamm und P. berghei ANKA Stamm bevorzugt eindringen retikulozyten^8,9,10,11, obwohl diese Merkmale von P. yoelii und P. berghei Stämme sind keine strenge Wachstumsanforderung^12,13,14. Daher werden Mäuse mit Phenylhydrazin vor einer Infektion mit den Blutstadien dieser Parasiten behandelt, um die Parasiten- und Gametozytämie zu erhöhen, die für eine Mückeninfektion für den P. berghei ANKA-Stamm und für P. yoelii erforderlich sind. 17X-NL^{15,16,17,18,19}.

Unterschiede in der Entwicklung der Mückenstadien gibt es auch zwischen verschiedenen Nagetier-Malaria-Arten, die bemerkenswertesten sind die Temperatur und Zeit für die optimale Entwicklung der Mückenstadien und die Sporozoit-Länge^{5,6, 20}. In den präerythrozytischen Stadien von Nagetier-Malaria-Arten, Unterschiede umfassen die Nagetierarten und Stamm, die am anfälligsten für infektiöse Sporozoit-Inokulation sind, die Anzahl der Sporozoiten für die Impfung in einem anfälligen Nagetierstamm benötigt, Säugetierzelltypen für In-vitro-Leberstadium-Entwicklungstests benötigt, und die Zeit, um Leberstadium Entwicklung^{abzuschließen 5,21,22,23,24,25 ,26,27,28,29,30}.

Trotz dieser Variabilitäten waren Nagetier-Malariaparasiten schon früh die günstigen Modelle für die Anwendung von umgekehrten genetischen Ansätzen, da sie mit einer hohen Erfolgswahrscheinlichkeit weniger zeit- und ressourcenschonend waren³¹. Tatsächlich waren Nagetier-Malaria-Modelle die besten Modelle und in vielen Fällen die einzigen Modelle, die seit vielen Jahren zur funktionellen Charakterisierung von Genen in Mücken- und Leberstadien zur Verfügung stehen.

Angesichts der Popularität und Amenability von umgekehrten genetischen Ansätzen in Nagetier-Malaria-Modellen wurden eine Reihe verschiedener Methoden verwendet, um die Phänotypen der transgenen Parasiten-Lebenszyklusstadien, insbesondere der Blutstadien, zu analysieren. Einige dieser Methoden sind jedoch inkonsistent; zum Beispiel, Vergleich von Infektionen von Blut-Stadium Parasiten nach einer IP-Injektion (die möglicherweise auf die peritonealen Lymphknoten abgelassen werden und von dort aus in den Blutkreislauf gelangen können; daher landen die injizierten Parasiten nicht gleichmäßig im Blutkreislauf) , Vergleich der Mückenübertragung von Klonen mit einer unterschiedlichen Anzahl von seriellen Blutstufenübertragungen oder G-Nummern (die die Gametozytogenese^32,33beeinflussen könnten), oder vergleicht transgene Parasiten direkt mit naivem Wildtyp (WT) Parasiten, die nie einer Elektroporation und positiven Medikamentenauswahl und den verschiedenen nicht standardisierten Bewertungen der männlichen Gamete-Exflagellation unterzogen wurden. Daher ist es wichtig, Protokolle zu standardisieren, die für die phänotypische Analyse jeder Art von transgenen oder WT Nagetier-Malariaparasiten im Blut und in der Mücke einfach zu befolgen sind, um die biologischen Variabilitäten der Nagetier-Malaria zu berücksichtigen. Parasitenarten.

Hierin berichten wir über ein standardisiertes, detailliertes Versuchsprotokoll zur phänotypischen Analyse der Blut- und Mückenlebenszyklusstadien von transgenen oder wilden P. yoelii- und P. berghei Parasiten. Diese Protokolle gelten auch für Parasiten von P. chabaudi und P. vinckei.