Doğal İletim üzerine Tüberküloz-Sıtma Koenfeksiyonu Çalışması için Deneysel Bir Model Mycobacterium tuberculosis Ve Plasmodium berghei</i
Summary
Tüberküloz ve sıtma insan ve tropik yoksul toplumlarda morbidite ve mortalitenin önemli nedenlerinden en yaygın enfeksiyonlardan ikisidir. Bu enfeksiyon, doğal yoldan hem patojenler ile yüklemeden sonra farelerde sıtmaya tüberküloz koenfeksiyonu sonucunu çalışma deneysel bir model sistemi kurulmuştur.
Abstract
Coinfections dolayı doğal patojen organizmaların farklı türlerine coğrafi üst üste meydana gelir. Eşzamanlı enfeksiyonları büyük olasılıkla her bir patojene ilgili immün yanıtı düzenleyen ve böylece patogenezi ve hastalık sonuçlarını etkileyebilir. Koinfekte hastaların aynı zamanda anti-enfektif müdahalelere farklı şekilde yanıt verebilir. Mikobakteriler ve Sahra-altı Afrika'nın birçok yerinde coendemic her ikisi de sıtma paraziti Plasmodium, neden olarak tüberküloz arasındaki Koenfeksiyonu detaylı olarak çalışılmamıştır. Bilimsel ve sıtma tüberküloz koenfeksiyonuna modüle konak bağışıklık ve her hastalığın seyri, bize koinfekte konakta hem patojenlere elicited bağışıklık tepkilerini incelemek için izin veren deneysel bir fare modeli kurulmuş nasıl klinik son derece alakalı soru zor ama yaklaşmak için . Notun, en doğrusu mimik doğal kazanılmış insan enfeksiyonları için, deneysel gerçekleştirmeksırasıyla enfeksiyon doğal yolları, yani aerosol ve sivrisinek ısırığı, hem patojenler ile farelerin enfeksiyonları.
Introduction
İnsan popülasyonları nadiren tek bir patojene maruz kalmaktadır. Özellikle böyle Sahra-altı Afrika gibi enfeksiyonların insidansı yüksek olan bölgelerde, coinfections bir başbakan ama son derece hakir halk sağlığı sorunu oluşturmaktadır. Tüberküloz ve sıtma sırasıyla insanlarda, en yaygın bakteriyel ve paraziter enfeksiyonlar ve tropik yoksul toplumlarda morbidite ve mortalite nedenidir olmaya devam etmektedir. Koenfeksiyonu riski tüberküloz ve sıtma ve bireylerin çok sayıda arasındaki geniş coğrafi örtüşme olmasına rağmen, çok az eşzamanlı koinfekte bireylerde sıtma parazitlerinin ve tüberküloz basilinin karşı ortaya çeşitli ve genellikle mücadele immün düzenleyiciler ve efektörler arasındaki etkileşimleri hakkında bilinmektedir.
Karışık enfeksiyonların kemirgen modelleri, böylece karşılıklı gribin ışık tutan, bir konakta farklı patojenlere karşı diferansiyel bağışıklık reaksiyonlarını karakterize izinAyrıca tedavi ve önlenmesi için yeni öneriler belirlemek yardımcı olacaktır modüle patoloji ve bireysel hastalığın klinik gidişini, farklılıklara. Biz aynı ana 1. içinde Mycobacterium tuberculosis (MTB) ile eşzamanlı enfeksiyon neden etkileri ve kemirgen Plasmodium türlerini araştırmak için bize sağlayan deneysel bir fare modeli kurduk. Önemlisi, mümkün olduğunca yakından doğal kazanılmış insan enfeksiyonları taklit etmek, bizim modeli hem patojenler tarafından kullanılan enfeksiyon doğal yolları uygular. Tüberküloz, bu nedenle esas olarak akciğerlerde gösteren bir hava enfeksiyondur. Onlar öksürme veya hapşırma sırasında bulaşıcı aerosol damlacıkları sınırdışı zaman etkeni, Mtb aerosol yolla aktif hastalığı olan kişiler tarafından iletilir. Bu nedenle, aerosol enfeksiyon doğal enfeksiyonu taklit etmek için tercih edilen bir yöntemdir. MTB içeren havadaki partiküllerin Generation kullanımı ile elde edilebilirBir inhalasyon pozlama sistemi. Bütün vücut maruz odası bulaşıcı aerosol damlacıkları enfeksiyon 2 başlatılır akciğerlerin alveollerine solunması (Şekil 1) Mtb içeren deneysel hayvanlar maruz sağlar.
Öte yandan Malaria doğal bir dişi sivrisinek anopheline türü ısırması ile iletilir protozoon Apicomplexan parazit Plasmodium neden olduğu bir vektör kaynaklı bir hastalıktır. Kan yemek sırasında, enfeksiyon sporozoites konakçı deri altında yatırılır ve daha sonra, kan dolaşımı yoluyla karaciğer ulaşır. Hepatositler içinde onlar geliştirmek ve hızla karaciğer aşamalı schizontsun içine çarpın. Sonunda, olgun schizontsun delinmesine ve kırmızı hücre işgali, çoğaltma, kırmızı hücre rüptürü, ve reinvasion 3 aşamalı bir döngüsü başlatmak nerede kan akışı içine patojenik ilk-nesil merozoit binlerce bırakın. Plasmodium yaşam döngüsü pazaBazı merozoit gibi daah cinsel parazit aşamalarında, kan yemek sırasında sivrisinekler tarafından alınabilir erkek ve dişi gametositlerine, gelişir. Sivrisinek, Plasmodium sporozoites sivrisinek midgut ikamet oocystsu içinde gelişir ve sonunda başka bir konak 3,4 içine nakil için tükürük bezlerine göç.
Deneysel hayvan modellerinde, aerosol ve böylece en uygun yol aracılığıyla Mtb teslim çok yaygın olsa da, sıtma-tüberküloz koenfeksiyonu 5-7 ile ilgili çalışmalar dahil olmak üzere pek çok deneysel çalışmalar kemirgen Plasmodium enfeksiyon yol açan, parazitli eritrosit ile enfekte fareler ile gerçekleştirilmiştir Klinik olarak sessiz karaciğer kademeli faz hariç tutulduğunda kan aşamalı sıtma enfeksiyonuna. Bununla birlikte, anti-karaciğer aşama plasmodial bağışıklık 8-11 için enfeksiyon ve ilgili sırasında zorunlu bir adımdır. Biz karaciğer ph dahil etmek bu nedenle önemli düşününsıtma iletim ve sırasıyla sıtma ve sıtma-tüberküloz koenfeksiyonu, her iki çalışmalarında bakım ase. Buna ek olarak, doğal olarak iletilen sporozoites yerine izole tükürük bezi türetilmiş sporozoites enjekte bite sivrisinek ile sıtma enfeksiyonu belirlemek için istenir iğne enfeksiyonlar 12 üzerinden aktarılır daha fazla bulaşıcı olduğu gösterilmiştir. Sıtma parazitlerinin doğal iletimi için bulaşıcı sivrisinek elde etmek için tek yol omurgalı bir konakçının (burada fare) ve sivrisinek vektör hem de parazitin tüm yaşam döngüsü korumaktır. Böylece, parazit bakım için bir insectary erişim lokma doğal iletimini gerçekleştirmek için kaçınılmazdır.
Burada tarif Bizim protokol Plasmodium ile koenfeksiyonuna kronik tüberküloz 1 üzerindeki etkilerini Sporozoitlere nasıl araştırmak için geliştirilmiştir. Bunu yapmak için, farenin aerosol M. bulaştırılır tüberküloz ve 40 gün sonra, ne zaman M. tüberküloz enfeksiyonu fareler sıtma bulaşıcı sivrisinek maruz kalan, kronik faz ulaşmıştır. Koinfekte hayvanlarda sıtma ve tüberküloz her ikisinin de sonucu sırasıyla dokusundaki kan paraziteminin ve bakteri yükü izlenmesi ile takip edilebilir. Protokolde, biz onların doğal enfeksiyon güzergahı ve ne kadar başarılı patojen bulaşmasını teyit etmek yoluyla hem de patojenler ile fareler bulaştırmak için nasıl ayrıntılı olarak anlatacağız. Bizim ellerde, hem deneysel enfeksiyonlara sık elde enfeksiyon oranı% 100'dür. Bu protokoller, en zor insan enfeksiyon hastalıklarının ikisi arasında-enfeksiyon modeli ve çalışma için bizim gibi ayrı ayrı enfeksiyonlar ya da, her iki çalışma uygulanabilir. Bu model, bu protokolde tarif edilenler dışındaki diğer Mycobacterium kemirgen ve Plasmodium türleri için de geçerlidir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Biz fareler verimli Mtb ve P. ile enfekte olabilir nasıl tarif Enfeksiyon doğal yolla berghei. Biz deneysel tüberküloz 13 veya sıtma 12 çalışma enfeksiyon protokolleri kurulan ve son zamanlarda fare modelinde 1 Mtb ve Plasmodium arasında Koenfeksiyonu incelemek için onları kabul uygulanır.
Başarılı enfeksiyon için en kritik adımlar, istenen sayı hem de patojen iletim bulunmaktadır. Zamanla canlılığını kaybeder çünkü Mikobakteriyel stokları 2 yıldan eski olmamalı ve stokların başlangıçta belirlenen titre büyük olasılıkla artık doğru olacaktır. Bunun bir sonucu olarak, enfeksiyon dozlar beklenenden daha düşük olacaktır. Bu nedenle, stok kültürleri CFU titerleri birkaç ayda belirlenmelidir. Aynı derecede önemli ilk etapta standart yetiştirme ve Mtb stoklarının nesil. Gibi kültür koşullarıorta, ek, zaman ve hacim Mtb farklı stokları kullanılarak yapılan deneylerden elde verileri karşılaştırma yapabilmek için standardize edilmelidir. Mikobakteri bu nedenle hasat bakteri aynı büyüme aşamasında, standart kültür koşulları tutmak ve şişelemeden sırasında sık sık tekrar süspansiyon önemlidir, kültür sırasında gelme eğilimindedir. Aksi CFU titreleri ve enfeksiyon sonucu geniş bir varyasyon olabilir.
Homojen enfekte sivrisinek toplu nesil bir başka önemli adımdır. Farklı sivrisinek, her bir fare doyurmaya bu yana, bir enfeksiyon deney için kullanılan sivrisinek aynı partiden gelen ve sivrisineklerin% 90'ından fazlası bulaşmış yalnızca toplu kullanılması önemlidir.
Mevcut model bir enfekte edilmiş bağışıklık yanıtlarına karşılaştırarak bir koinfekte konakçıda bağışıklık karşılıklarının ve bağışıklık modülasyon incelemek için kullanılabilir. Biz va uygulayabilirsinizbu tipi, immünohistokimya, immün hücre popülasyonlarının sitometri analizi ya da ilgi konusu doku ya da vücut sıvılarını sitokin ve kemokin tespiti için PCR ve ELISA gibi rious iyi kurulmuş yöntemleri. Bu tür fare modelleri bazı kısıtlamalar olduğu unutulmamalıdır. Mtb ile enfekte kişilerin çoğunluğu klinik belirtilerin hiçbir belirti ile bir latent enfeksiyon gelişir ise, fareler, ilerleyici akciğer patolojisi olan bir kronik hastalığı gelişebilir. Yine de, C57BL / 6 fareleri, Mtb çok enfeksiyona karşı dayanıklı olup, tüberküloz, insan hastalarda görülen gibi klasik granülom gelişmez. Sonuç olarak, fare, otoimmün reaksiyonların uygun şekilde de gizli, ne de aktif insan tüberküloz hastalığına yansıtmaktadır. Insan ve fare latent ve kronik hastalığı arasındaki tutarsızlık rağmen, fareler yoğun Mtb enfeksiyonu kontrol etmek ve araştırmak için değerli ve vazgeçilmez araçlardır konakçı faktörleri belirlemek ve incelemek için kullanılmıştırbulaşıcı hastalıklarda bağışıklık tepkileri. Önemli olarak, Mtb enfeksiyona karşı hassasiyet yaygın olarak kullanılan fare soylannda ve bu DBA veya C3H daha fazla duyarlı suşları arasında önemli farklılıklar ko-ve tek enfeksiyon çalışmalara dahil edilebilir. Ayrıca, dışında burada tarif edilen patojen türünden, de (örneğin, klinik izolat) herhangi bir başka Mycobacterium türleri kullanılabilir. Tek bir sıtma modeli, insan hastalık farklı fare modellerinin tüm yönleriyle çoğaltır Aynı şekilde, yakından doğal kazanılmış insan sıtma enfeksiyonu farklı yönlerini benzemektedir. Örneğin, P. berghei ANKA ve P. yoelii YM/17XL yaygın olarak P., insan (P. falciparum kaynaklı) ağır sıtma modelleri çalışılmaktadır berghei ANKA insan serebral malari s 14,15 için mükemmel bir model olarak kabul ediliyor. P. berghei NK65 hyperparasitaemia ve akut sıtma anemi için mükemmel bir model olduğunu ve son zamanlarda olmuştursıtma ilişkili akut solunum distres sendromu (ARDS MA-16) için deneysel bir modeli olarak tarif. Açıklanan koenfeksiyonuna modelini kullanarak, son zamanlarda gösteriyor ki eşzamanlı P. berghei NK65 enfeksiyonu kronik tüberküloz 1 şiddetlendirir.
Apart farklı kemirgen sıtma parazitleri kullanarak, enfeksiyon olayların sırası ve zamanlaması yatan araştırma sorusuna bağlı olarak adapte edilebilir. Alanında, eşlik eden enfeksiyonların Plasmodium Mtb enfeksiyonu zamanında mevcut ya da sonradan edinilmiş olabilir. Her iki senaryoda da Mtb ve Plasmodium bağışıklık tepkileri farklı şekilde etkilenebilir. Bu nedenle, fareler önce veya Mtb sonra enfeksiyon ya Plasmodium sporozoitler ile enfekte olabilir. Dahası, fareler farklı zamanlarda itiraz edilebilir kronik karşı akut üzerinde Plasmodium-uyarılmış bağışıklık tepkisinin etkisini değerlendirmek için Mtb efeksiyonutüberküloz. Sıtma tüberküloz Koenfeksiyonu eğitim için bir sıtma paraziti seçerken önemlisi, bir bazı kemirgen Plasmodium suşları bazı fare türlerinde akut hastalığa neden ve Mtb kronik ve imünokompetan uzun süreli enfeksiyonlara neden olurken, sadece gün veya hafta içinde enfeksiyon yenik farkında olmalıdır fareler. Bu nedenle, koenfeksiyonu zamanlaması deney hayvanlarının erken ölüm önlemek için çok önemlidir.
Birden fazla patojen türleri ile aynı anda bir ev sahibi enfeksiyonu ile bağışıklık modülasyonu az anlaşılmaktadır. Bir koinfekte konağın bağışıklık sistemi ile Plasmodium etkileşim ve coinfections patogenezi, hastalık sonucu, aşılama, Immunodiagnostics ve tedavisi nasıl etkilediğini anlamamıza katkıda bulunacaktır – Bizim deneysel koenfeksiyonuna modeli Mycobacterium araştırmak için güçlü bir araç sağlar.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar sivrisinek üreme için Miriam Ester teşekkür etmek istiyorum. Bu çalışma Araştırma Merkezi Borstel in-house fon tarafından desteklenen ve Leibniz Merkezi Enfeksiyon fon katıldı.
Materials
| Buraton | Schülke | active ingredients: aldehyds (formaldehyde, glutaraldehyde, oxalaldehyde, ethyl hexanal) | |
| Middlebrook 7H9 | Sigma | M0178 | For Mtb broth cultures |
| Middlebrook 7H11 | BD Biosciences | 283810 | Agar medium for Mtb culture |
| Middlebrook OADC enrichment medium | BD Biosciences | 212240 | Add to 7H9 and 7H11 for Mtb culture |
| Staining Dish | Science Services | E62542-12 | |
| 24-Slide Holder w/Handle | Science Services | E62543-06 | |
| Giemsas Azur-Eosin-Methylene blue solution | Merck Millipore | 109204 | |
| Wright´s stain | Sigma | W0625 | |
| Inhalation Exposure System | Glas-Col | ||
| Nebulizer-Venturi | Glas-Col | ||
| Ice cream cups | Häagen-Dazs | Used as mosquito cages | |
| Metal-frame mosquito cages | BioQuip Products | 1450A |
References
- Mueller, A. -. K., et al. Natural Transmission of Plasmodium berghei Exacerbates Chronic Tuberculosis in an Experimental Co-Infection Model. PLoS ONE. 7, e48110 (2012).
- Korbel, D. S., Schneider, B. E., Schaible, U. E. Innate immunity in tuberculosis: myths and truth. Microbes Infect. 10, 995-1004 (2008).
- Aly, A. S., Vaughan, A. M., Kappe, S. H. Malaria parasite development in the mosquito and infection of the mammalian host. Annu. Rev. Microbiol. 63, 195-221 (2009).
- Cirimotich, C. M., Dong, Y., Garver, L. S., Sim, S., Dimopoulos, G. Mosquito immune defenses against Plasmodium infection. Dev. Compar. Immuno. 34, 387-395 (2010).
- Page, K. R., et al. Mycobacterium-induced potentiation of type 1 immune responses and protection against malaria are host specific. Infect. Immun. 73, 8369-8380 (2005).
- Hawkes, M., et al. Malaria exacerbates experimental mycobacterial infection in vitro and in vivo. Microbes Infect. 12, 864-874 (2010).
- Scott, C. P., Kumar, N., Bishai, W. R., Manabe, Y. C. Short report: modulation of Mycobacterium tuberculosis infection by Plasmodium in the murine model. Am. J. Trop. Med. Hyg. 70, 144-148 (2004).
- Hoffman, S. L., Doolan, D. L. Malaria vaccines-targeting infected hepatocytes. Nat. Med. 6, 1218-1219 (2000).
- Mueller, A. K., et al. Genetically attenuated Plasmodium berghei liver stages persist and elicit sterile protection primarily via CD8 T cells. Am. J. Pathol. 171, 107-115 (2007).
- Mueller, A. K., Labaied, M., Kappe, S. H., Matuschewski, K. Genetically modified Plasmodium parasites as a protective experimental malaria vaccine. Nature. 433, 164-167 (2005).
- Nussenzweig, R. S., Vanderberg, J., Most, H., Orton, C. Protective immunity produced by the injection of x-irradiated sporozoites of plasmodium berghei. Nature. 216, 160-162 (1967).
- Vaughan, J. A., Scheller, L. F., Wirtz, R. A., Azad, A. F. Infectivity of Plasmodium berghei sporozoites delivered by intravenous inoculation versus mosquito bite: implications for sporozoite vaccine trials. Infect. Immun. 67, 4285-4289 (1999).
- Coleman, J., Juhn, J., James, A. A. Dissection of midgut and salivary glands from Ae. aegypti mosquitoes. J. Vis. Exp. , e228 (2007).
- Franke-Fayard, B., et al. A Plasmodium berghei reference line that constitutively expresses GFP at a high level throughout the complete life cycle. Mol. Biochem. Parasitol. 137, 23-33 (2004).
- Lin, J. W., et al. Loss-of-function analyses defines vital and redundant functions of the Plasmodium rhomboid protease family. Mol. Microbiol. 88, 318-338 (2013).
- Bancroft, J. D. G., M, . Theory and Practice of Histological Techniques. , (2007).
- Schneider, B. E., et al. A role for IL-18 in protective immunity against Mycobacterium tuberculosis. Eur. J. Immunol. 40, 396-405 (2010).
- Craig, A. G., et al. The role of animal models for research on severe malaria. PLoS Pathog. 8, e1002401 (2012).
- de Souza, J. B., Hafalla, J. C., Riley, E. M., Couper, K. N. Cerebral malaria: why experimental murine models are required to understand the pathogenesis of disease. Parasitology. 137, 755-772 (2010).
- Van den Steen, P. E., et al. Immunopathology and dexamethasone therapy in a new model for malaria-associated acute respiratory distress syndrome. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 181, 957-968 (2010).
