Høsting gift giftstoffer fra Assassin Bugs og andre Heteropteran insekter
Summary
Selv om mange insekter i nebbmunnene (Insecta: Nebbmunner) er giftige, deres gift sammensetning og funksjoner av deres gift giftstoffer er stort sett ukjent. Denne protokollen beskriver metoder for å høste heteropteran venoms for ytterligere karakterisering, elektrosimuering, trakassering og kjertel disseksjon.
Abstract
Heteropteran insekter som assassin bugs (Reduviidae) og Belostomatidae (kjempevannteger) nedstammer fra en felles stamfar overvintringen og giftige, og flertallet av bevarte heteropterans beholde denne trophic strategien. Noen heteropterans har overført til fôring på virveldyrenes blod (for eksempel kyssing bugs, Triatominae, og sengen avlyttinger, Cimicidae) mens andre har gått til fôring på planter (Pentatomomorpha). Men er med unntak av spytt brukes av kyssing bugs for å lette blodet-fôring, lite kjent om heteropteran venoms sammenlignet venoms slanger, edderkopper og skorpioner.
En er karakterisering av heteropteran gift giftstoffer struktur og funksjon av gift/labial kjertler, som er både morphologically komplekse og utføre flere biologiske roller (forsvar, byttedyr henting og ekstra muntlig fordøyelsen). I denne artikkelen beskriver vi tre metoder som vi har brukt til å samle heteropteran venoms. Først presenterer vi elektrosimuering som en praktisk måte å samle gift som er ofte dødelig når injiseres prey dyrene, og som obviates forurensning av kjertel vev. Andre vise vi at milde trakassering av dyr er tilstrekkelig til å produsere gift ekstrudering fra snabel og/eller gift spytte i noen grupper av heteropterans. Tredje beskriver vi metoder for å høste gift giftstoffer av Disseksjon av anaesthetized dyr å få venom kjertler. Denne metoden er utfyllende til andre metoder, som det kan tillate høsting av giftstoffer fra taxa der elektrosimuering og trakassering er ineffektive. Disse protokollene gir forskere å høste giftstoffer fra heteropteran insekter struktur-funksjon karakterisering og mulige anvendelser i medisin og landbruk.
Introduction
Heteropteran venoms er potently bioaktive stoffer1. For eksempel gift/spytt sekret av blodet-fôring Teger som kysser bugs (Triatominae) og sengen avlyttinger (Cimicidae) forenkler fôring ved å forstyrre hemostasen2. Giftstoffer i disse venoms målrette flere veier inkludert koagulering, trombocyttaggregasjon og vasokonstriksjon, i tillegg til smerte og kløe trasé. Venoms fra de fleste andre heteropteran arter er tilpasset for å rette predasjon i stedet for blodet-fôring. Deres venoms føre til lammelser, død og vev LNG når injiseres i virvelløse dyr3,4. Når injiseres i virveldyr, har også deres gift drastiske virkninger. For eksempel forårsaker injeksjon av gift fra assassin feilen Holotrichius indre til virveldyr smerter og muskler lammelser blødning; mus envenomated av denne feilen dø raskt på grunn av respiratoriske lammelse5.
Transcriptomic og proteomic studier har avdekket protein sammensetningen av noen heteropteran venoms. Venoms overvintringen arter er rike på proteaser, andre enzymer, og peptider og proteiner av ukjent struktur og funksjon6,7,8. Kysser bug gift er rik på triabin protein familien, der medlemmene dypt påvirke koagulering og trombocyttaggregasjon vasokonstriksjon2,9. Men er det ikke kjent hvilken giftstoffer ligger de fleste bioactivities av gift. For eksempel gift kyssing feilen Triatoma infestans har blitt rapportert smertestillende og hemme natrium kanaler10, men komponentene ansvarlig gjenstår å bli belyst. Likeledes, det er ikke kjent hva komponent(er) av assassin bug gift gi lammelse eller smerte. En forutsetning for å identifisere giftstoffer ansvarlig for bestemt gift bioactivities og karakteriserer struktur og funksjon av romanen gift giftstoffer, er å skaffe gift.
Gift er anskaffet fra heteropterans av elektrosimuering5,6,7,8,11,12,13for defensive svar4,8, mekanisk klemme thorax12,14,15,16, dissekere ut venom kjertler8,17 ,,18,,19,,20,,21,,22, og anvendelse av agonister muscarinic acetylcholin reseptor23. Bedømme de potensielle fordeler og ulemper ved alle metoden er komplisert ved morfologi av heteropteran venom kjertler, som består av en viktigste kjertel med to separate lumen, den fremre viktigste kjertel (AMG) og bakre viktigste kjertel (PMG), samt en tilknyttet tilbehør kjertel (AG). Forskjellige kjertel seksjonene produsere annet protein sekreter, som kan være spesialiserte for ulike biologiske funksjoner inkludert byttedyr fange, forsvar og ekstra muntlig fordøyelsen8,17. I peiratine og ectrichodiine assassin bugs er AMG tilknyttet byttedyr fangst og PMG med ekstra muntlig fordøyelsen17. Men i harpactorine er feil Pristhesancus plagipennis PMG spesialisert for byttedyr fangst og fordøyelsen mens AMG er antatt skiller defensive gift8. AG har blitt beskrevet som å ha sekretoriske funksjon i assassin bugs8 eller et større område protease lagringsplass i Belostomatidae23. Videre arbeid er åpenbart nødvendig å avklare funksjonen til hver kjertel avdeling blant ulike heteropteran undergrupper, og å bestemme funksjonen av de fleste gift giftstoffer. I denne rapporten beskriver vi protokoller for høsting gift giftstoffer fra heteropterans mot dette målet.
Protocol
Representative Results
Discussion
Det viktigste trinnet i høsting assassin bug gift velger den riktige metoden avhengig av anvendelsen av studien. Hver av de tre metodene presentert for høsting heteropteran venoms har fordeler og ulemper avhengig av nedstrøms programmer.
Inducing bugs å utvise gift fra snabel (protokoller 1-3) unngår forurensning av gift ved kjertel vev. Dessuten, disse metodene er ikke-dødelige og kan gjentas mange ganger i løpet av en bug’s life. Elektrosimuering vanligvis gir størst antall gift, og …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi erkjenner økonomisk støtte fra den australske forskningsråd (tilskudd DP130103813 og LP140100832 til G.F.K., DECRA fellesskap DE160101142 til EABU), den australske National Health & Medical Research Council (rektor forskningsstipend APP1044414 til G.F.K.), og Universitetet i Queensland (doc. til 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).
