Ernte Venom Giftstoffe aus Assassin Bugs und andere Heteropteran Insekten
Summary
Obwohl viele Insekten in der Unterordnung Heteroptera (Insecta: Hemiptera) sind giftig, deren Venom-Zusammensetzung und die Funktionen ihrer Venom-Toxine sind meist unbekannt. Dieses Protokoll beschreibt Methoden zum Heteropteran Gifte für weitere Charakterisierung, mittels Elektrostimulation, Belästigung und Drüse Dissektion zu ernten.
Abstract
Heteropteran Insekten wie Assassin Bugs (Reduviidae) und riesigen Wasserwanzen (Belostomatidae) stammte aus einem gemeinsamen Vorfahren predaceous und giftige, und die Mehrzahl der erhaltenen Wanzen behalten diese trophische Strategie. Einige Wanzen ernähren vertebrate Blut umgestellt haben (z. B. Kissing Fehler, Triatominae; und Bettwanzen, Cimicidae) während andere zurückgesetzt haben, ernähren sich von Pflanzen (die meisten Pentatomomorpha). Allerdings ist mit Ausnahme von Kissing Bugs verwendet, um zu erleichtern, Blut-Fütterung, wenig Speichel über Heteropteran Gifte im Vergleich gegen die Gifte der Schlangen, Spinnen und Skorpione bekannt.
Ein Hindernis für die Charakterisierung von Heteropteran Venom Giftstoffe ist die Struktur und Funktion der Venom/Lippen Drüsen, die sowohl morphologisch komplex sind und mehrere biologische Aufgaben (Verteidigung, Beutefang und extraoralen Verdauung). Dieser Artikel beschreibt drei Methoden, mit denen wir erfolgreich Heteropteran Gifte zu sammeln. Erstens stellen wir Elektrostimulation sowie eine komfortable Möglichkeit, Venom zu sammeln, die oft tödlich, wenn injiziert ist Beute Tiere entfällt die Kontamination von Drüsengewebe. Zweitens zeigen wir, dass sanfte Belästigung der Tiere ausreichen, um Venom Extrusion aus dem Rüssel und/oder Venom spucken in einigen Gruppen von Wanzen zu produzieren. Drittens, beschreiben wir Methoden zur Ernte Venom Giftstoffe durch Dissektion narkotisierter Tiere, die Giftdrüsen zu erhalten. Diese Methode ist komplementär zu anderen Methoden, wie es gestatten, Ernte von Toxinen aus Taxa in denen Elektrostimulation und Belästigung unwirksam sind. Diese Protokolle können Forscher Giftstoffe aus Heteropteran Insekten zur Charakterisierung von Struktur und Funktion und mögliche Anwendungen in Medizin und Landwirtschaft zu ernten.
Introduction
Heteropteran Gifte sind potent bioaktiven Substanzen1. Beispielsweise die Venom/Speichel Absonderungen von Blut-Fütterung Heteroptera wie Kissing Bugs (Triatominae) und Wanzen (Cimicidae) erleichtert die Fütterung durch Störung der Hämostase2. Giftstoffe in diese Gifte Zielen auf mehrere Wege einschließlich Koagulation, Thrombozytenaggregation sowie Vasokonstriktion und den Schmerz und Jucken Wege. Gifte von den meisten anderen Heteropteran-Arten werden angepasst, um Raub, anstatt Blut-Fütterung zu erleichtern. Ihre Gifte verursachen Lähmung, Tod und Gewebe Verflüssigung bei in Wirbellose Tiere3,4injiziert. Wenn in Wirbeltieren injiziert, kann ihres Giftes auch drastische Auswirkungen haben. Beispielsweise führt die Injektion des Giftes von Assassin Bug Holotrichius Innesi in Wirbeltieren Muskellähmung, Schmerzen und Blutungen; Mäuse-Envenomated von diesem Fehler sterben schnell durch Atemlähmung5.
Transkriptomischen und Proteomic Untersuchungen ergaben die Proteinzusammensetzung von einigen Heteropteran Gifte. Gifte predaceous Arten sind reich an Proteasen, andere Enzyme, und Peptide und Proteine der unbekannte Struktur und Funktion6,7,8. Kissing Bug Venom ist reich an Triabin-Protein-Familie, deren Mitglieder tiefgreifend Koagulation und Thrombozytenaggregation, Vasokonstriktion2,9 beeinflussen. Allerdings ist es nicht bekannt, welche Giftstoffe die meisten Bioactivities des Giftes zugrunde liegen. Z. B. Venom Kissing Bug Triatoma Infestans gemeldet werden Schmerzmittel und hemmen Natrium-Kanäle10, aber die Komponenten verantwortlich müssen noch geklärt werden. Ebenso ist es nicht bekannt, welche Komponente(n) Assassin Bug Gift Lähmungen oder Schmerzen verursachen. Voraussetzung für die Identifizierung verantwortlich für bestimmte Venom Bioactivities und zur Charakterisierung von Struktur und Funktion von neuartigen Venom Giften, Toxinen ist Venom erhalten.
Venom wurde von Wanzen durch Elektrostimulation5,6,7,8,11,12,13, Provokation der Defensive eingeholt Antworten4,8, mechanisch quetschen Thorax12,14,15,16, sezieren, Venom Drüsen8,17 ,18,19,20,21,22und Anwendung des Agonisten muskarin Acetylcholin-Rezeptor-23. Die möglichen vor- und Nachteile einer Methode zu urteilen wird erschwert durch die Morphologie der Heteropteran Giftdrüsen, die wichtigste Drüse mit zwei separaten Lumen, die vorderen wichtigste Drüse (AMG) und posterior wichtigste Drüse (PMG), bestehen als auch eine damit verbundenen Zubehör Drüse (AG). Diese verschiedenen Drüse Fächer produzieren unterschiedliche Protein Sekrete, die für verschiedene biologische Funktionen einschließlich Beutefang, Verteidigung und extraoralen Verdauung8,17spezialisiert werden können. In Peiratine und Ectrichodiine Assassin Bugs wurde der AMG Beutefang und die PMG mit extraoralen Verdauung17zugeordnet. Jedoch ist in der Harpactorine Fehler Pristhesancus Plagipennis die PMG für Beutefang und Verdauung spezialisiert, während die AMG wird theoretisiert, um defensive Venom8absondern. Die AG wurde als kleine sekretorischen Funktion in Assassin Bugs8 oder als ein wichtiger Standort der Protease Lagerung in riesigen Wasserwanzen23beschrieben. Weitere Arbeit ist natürlich erforderlich, die Funktion jedes Fach Drüse unter verschiedenen Heteropteran Untergruppen zu klären und die Funktion der meisten Venom Toxine zu bestimmen. In diesem Bericht beschreiben wir Protokolle für die Ernte Venom Giftstoffe aus Wanzen auf dieses Ziel hin.
Protocol
Representative Results
Discussion
Der wichtigste Schritt bei der Ernte Assassin Bug Venom ist die Auswahl der geeigneten Methode je nach Zweck der Studie. Jede der drei Methoden zur Ernte Heteropteran Gifte hat vor- und Nachteile je nach downstream-Anwendungen.
Induktion Fehler Venom aus der Rüssel (Protokolle 1-3) vertreiben vermeidet Kontamination des Giftes von Drüsengewebe. Darüber hinaus diese Methoden sind nicht tödlich und können viele Male wiederholt werden, im Laufe des Lebens einen Fehler. Elektrostimulation in …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir anerkennen finanzielle Unterstützung von der Australian Research Council (Zuschüsse DP130103813 und LP140100832, G.F.K., DECRA Gemeinschaft DE160101142, EABU), der Australian National Health & Medical Research Council (Principal Research Fellowship APP1044414, G.F.K.), und der University of Queensland (Postdoctoral Fellowship, A.A.W.).
Materials
| Electostimulator | Grass Technologies | S48 Square Pulse Stimulator | Electrostimulator allowing pulsed electrostimulation |
| Featherlight tweezers | Australian Entomological Supplies | E122B | For handling live venomous insects |
| Protease inhibitor cocktail | Sigma | 4693124001 | For preventing autoproteolytic digestion of venom |
| Dissection equipment | Australian Entomological Supplies | E152Micro | For fine dissections |
| Insect pins | Australian Entomological Supplies | E162 | For fine dissections |
Referências
- Walker, A. A., Weirauch, C., Fry, B. G., King, G. F. Venoms of heteropteran insects: A treasure trove of diverse pharmacological toolkits. Toxins. 8 (2), 43 (2016).
- Ribeiro, J. M. C., Assumpção, T. C., Francischetti, I. M. B. An insight into the sialomes of bloodsucking Heteroptera. Psyche (Stuttg). 2012, 1-16 (2012).
- Ambrose, D. P., Maran, S. P. M. Quantification protein content and paralytic potential of saliva of fed and prey deprived reduviid Acanthaspis pedestris Stål (Heteroptera: Reduviidae: Reduviinae). Indian Journal of Environmental Science. 3 (1), 11-16 (1999).
- Edwards, J. S. The action and compostion of the saliva of an assassin bug Platymeris rhadamanthus Gaerst. (Hemiptera, Reduviidae). Journal of Experimental Biology. 38, 61-77 (1961).
- Zerachia, T., Bergmann, F., Shulov, A., Kaiser, E. . Animal and Plant Toxins. , 143-146 (1973).
- Walker, A. A., Hernández-Vargas, M. J., Corzo, G., Fry, B. G., King, G. F. Giant fish-killing water bug reveals ancient and dynamic venom evolution in Heteroptera. Cellular and Molecular Life Sciences. , (2018).
- Walker, A. A., et al. Giant fish-killing water bug reveals ancient and dynamic venom evolution in Heteroptera. Cell. Mol. Life Sci. , (2018).
- Walker, A. A., et al. The assassin bug Pristhesancus plagipennis produces two distinct venoms in separate gland lumens. Nature Communications. 9 (1), 755 (2018).
- Hernández-Vargas, M. J., Santibáñez-López, C. E., Corzo, G. An insight into the triabin protein family of American hematophagous reduviids: Functional, structural and phylogenetic analysis. Toxins. 8 (2), 44 (2016).
- Dan, A., Pereira, M. H., Pesquero, J. L., Diotaiuti, L., Beirao, P. S. Action of the saliva of Triatoma infestans (Heteroptera: Reduviidae) on sodium channels. Journal of Medical Entomology. 36 (6), 875-879 (1999).
- Corzo, G., Adachi-Akahane, S., Nagao, T., Kusui, Y., Nakajima, T. Novel peptides from assassin bugs (Hemiptera: Reduviidae): isolation, chemical and biological characterization. FEBS Letters. 499 (3), 256-261 (2001).
- Sahayaraj, K., Kumar, S. M., Anandh, G. P. Evaluation of milking and electric shocks for venom collection from hunter reduviids. Entomon. 31 (1), 65-68 (2006).
- Silva-Cardoso, L., et al. Paralytic activity of lysophosphatidylcholine from saliva of the waterbug Belostoma anurum. Journal of Experimental Biology. 213 (19), 3305-3310 (2010).
- Noeske-Jungblut, C., et al. Triabin, a highly potent exosite inhibitor of Thrombin. Journal of Biological Chemistry. 270 (48), 28629-28634 (1995).
- Noeske-Jungblut, C., et al. An inhibitor of collagen-induced platelet aggregation from the saliva of Triatoma pallidipennis. Journal of Biological Chemistry. 269 (7), 5050-5053 (1994).
- Sahayaraj, K., Borgio, J. F., Muthukumar, S., Anandh, G. P. Antibacterial activity of Rhynocoris marginatus (Fab.) and Catamirus brevipennis (Servile) (Hemiptera: Reduviidae) venoms against human pathogens. Journal of Venomous Animals and Toxins Including Tropical Diseases. 12 (3), 487-496 (2006).
- Haridass, E. T., Ananthakrishnan, T. N. Functional morphology of the salivary system in some reduviids (Insecta-Heteroptera-Reduviidae). Proceedings of the Indian Academy of Sciences. Animal Sciences. 90 (2), 145-160 (1981).
- Maran, S. P. M., Ambrose, D. P., Ignacimuth, A., Sen, A., Janarthanan, S. . Biotechnological Applications for Integrated Pest Management. , 125-131 (2000).
- Maran, S. P. M., Selvamuthu, K., Rajan, K., Kiruba, D. A., Ambrose, D. P., Ambrose, D. P. . Insect Pest Management, A Current Scenario. , 346-361 (2011).
- Pereira, M. H., et al. Anticoagulant activity of Triatoma infestans and Panstrongylus megistus saliva (Hemiptera/Triatominae). Acta Tropica. 61, 255-261 (1996).
- Ribeiro, J. M., Marinotti, O., Gonzales, R. A salivary vasodilator in the blood-sucking bug, Rhodnius prolixus. British Journal of Pharmacology. 101 (4), 932-936 (1990).
- Ribeiro, J. M., Schneider, M., Guimarães, J. A. Purification and characterization of prolixin-S (nitrophorin 2), the salivary anticoagulant of the blood-sucking bug Rhodnius prolixus. Biochem Journal. 308 (1), 243-249 (1995).
- Swart, C. C., Deaton, L. E., Felgenhauer, B. E. The salivary gland and salivary enzymes of the giant waterbugs (Heteroptera; Belostomatidae). Comparative Biochemistry and Physiology A Molecular & Integrative Physiology. 145 (1), 114-122 (2006).
- Rasmussen, S., Young, B., Krimm, H. On the ‘spitting’ behaviour in cobras (Serpentes: Elapidae). Journal of Zoology. 237 (1), 27-35 (1995).
- Fink, L. S. Venom spitting by the green lynx spider, Peucetia viridans (Araneae, Oxyopidae). Journal of Arachnology. 12, 372-373 (1984).
- Herzig, V. Ontogenesis, gender, molting influence the venom yield in the spider Coremiocnemis tropix (Araneae, Theraphosidae). Journal of Venomous Research. 1, 76-83 (2010).
- Sahayaraj, K., Subramanium, M., Rivers, D. Biochemical and electrophoretic analyses of saliva from the predatory reduviid species Rhynocoris marginatus (Fab). Acta Biochimica Polonica. 60 (1), 91-97 (2013).
