La inoculación de Fischer 344 ratas con Francisella tularensis
Summary
Este protocolo describe intratraqueal inoculaciones de ratas Fischer 344 con tularensis de francisella. Este procedimiento simula la exposición pulmonar de los seres humanos a este agente potencial de biothreat y puede utilizarse para probar la vacuna y la eficacia terapéutica contra la tularemia pulmonar.
Abstract
Infección pulmonar con la bacteria Francisella tularensis puede conducir a la enfermedad grave y potencialmente mortal, la tularemia, en seres humanos. Debido a la falta de una vacuna contra la tularemia aprobado para los seres humanos, la investigación se centra en el desarrollo de una vacuna utilizando modelos animales apropiados. Las ratas Fischer 344 ha emergido como un modelo que refleja la susceptibilidad humana a la infección de F. tularensis y por lo tanto es un modelo atractivo para el desarrollo de vacuna contra la tularemia. La inoculación intratraqueal de las ratas Fischer 344 con F. tularensis imita la exposición pulmonar en seres humanos. La entrega exitosa en la tráquea de rata es crítica para la entrega pulmonar. Laringoscopio con iluminación se utiliza para intubar correctamente las tráqueas de las ratas anestesiadas; la colocación correcta dentro de la tráquea está determinada por un simple dispositivo para detectar la respiración. Después de la intubación, la cultura de F. tularensis se entrega en una dosis medida mediante jeringa. Esta técnica normaliza entrega pulmonar de F. tularensis dentro de la tráquea de rata para evaluar la eficacia de la vacuna.
Introduction
F. tularensis (Ft) causa la enfermedad humana, tularemia. Cuando las bacterias se adquieren por vía pulmonar, esto conduce a la tularemia neumónica, que tiene alta morbilidad y mortalidad1. F. tularensis se considera a un agente biothreat debido al peligro asociado con las formas aerosol y no existe ninguna vacuna aprobada para uso humano en los Estados Unidos Actualmente está en marcha un esfuerzo intensivo desarrollar vacunas y medidas terapéuticas contra la tularemia neumónica, para proteger a la población humana contra el uso ilícito de este biothreat bacteriana.
Gran parte de la investigación de tularemia se ha centrado en el modelo de ratón, debido a la extrema sensibilidad de los ratones a la infección por F. tularensis y la prevalencia de los reactivos. Sin embargo, ratones han demostrado para ser un modelo difícil para el desarrollo de una vacuna, debido a la dificultad de demostrar la eficacia de la vacuna en este modelo2. Recientemente, las ratas Fischer 344 se ha desarrollado como un modelo para desarrollo de vacuna contra la tularemia3. La sensibilidad de la ratas Fischer 344 a varias subespecies de F. tularensis imita sensibilidad humana4y ratas pueden ser protegidas contra F. tularensis desafío pulmonar por la vacunación con una cepa de vacuna de virus vivos conocida para proteger los seres humanos5,6,7. Porque las ratas Fischer 344 modelos algunas de las características de la infección de F. tularensis de seres humanos, puede ser un modelo muy útil para el desarrollo de una vacuna que protege contra pulmonar F. tularensis exposición.
Una vacuna eficaz debe proteger a los seres humanos contra la exposición pulmonar F. tularensis. La exposición pulmonar probablemente de arma de F. tularensis sería bacterias aerosol inhaladas en los pulmones8. Sin embargo, la generación de aerosol de F. tularensis es peligroso y engorroso y requiere contención y equipo especializado. Una ruta alternativa de la exposición pulmonar en la rata que es tal vez más adaptable para varios laboratorios falta de equipo especializado es a través de inoculación intratraqueal6. Esta técnica utiliza un laringoscopio para la correcta colocación de un catéter dentro de la tráquea de una rata anestesiado. Colocación dentro de la tráquea, en lugar de esófago, es verificada por un dispositivo simple que visualiza el flujo de aire de los pulmones. F. tularensis se entrega posteriormente a los pulmones a través del catéter por la administración con una jeringa, seguida por la introducción de aire en el catéter para asegurar la entrega pulmonar de las bacterias. Por el contrario, lo que indica la inoculación intranasal en ratas hace Jemski5 divulgado previamente que inoculados en ratas Fischer 344 la vía intranasal de F. tularensis no podría cultivarse desde los pulmones hasta la inoculación después de 3 días, no resultado en la entrega directa de las bacterias en los pulmones.
Formas de seleccionar agente de F. tularensis (subsp. deF. tularensis tularensis, F. tularensis subsp. holarctica) requieren procedimientos de contención de bioseguridad nivel 3 (BSL3), que impedirían la videografía. Sin embargo, F. novicida (Fn) está exento de estado seleccione agente debido a su avirulencia en seres humanos sanos y puede ser utilizado con seguridad bajo condiciones de bioseguridad nivel 2 (BSL2)9,10. Por otra parte, Fn sirve como base para vacunas vivas atenuadas que puede proteger contra F. tularensis exposición pulmonar cuando entregado vía intratraqueal inoculación11,12,13. La técnica presentada aquí permite el estudio de las infecciones que ocurren a través de la vía pulmonar utilizando ratas como un modelo para los seres humanos. Esta técnica se puede realizar sin necesidad de equipos especializados de generación de aerosoles. FN fue utilizado para las técnicas filmadas aquí.
Protocol
Representative Results
Discussion
Las ratas Fischer 344 se está convirtiendo en un importante modelo para tularemia vacuna desarrollo3. Exposición a F. tularensis por vía pulmonar es fundamental para demostrar la eficacia contra las formas arma de F. tularensis, porque éstos son entregados como aerosoles. La inoculación intratraqueal de la rata facilita la exposición de los pulmones de ratas para F. tularensis sin necesidad de aerosoles grandes, costosos y complicados equipos generadores. Todos los…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este estudio fue apoyado por la Agencia de reducción de amenaza de defensa (DTRA) bajo contrato HDTRA1-14-C-0116 y el centro de excelencia en genómica de la infección (DOD #W911NF-11-1-0136).
Materials
| GreenLine fiber optic blade size 0 | Carefusion | 5-5231-00 | Macintosh American profile |
| GreenLight system laryngoscope handle | Carefusion | 4559GSP | |
| Exel International Safelet I.V. Catheter | EXEL INTERNATIONAL | 26743 | |
| Slip Tip Sterile Syringes 1ml | BD | 309659 | |
| Broad Point Dressing Thumb Forceps | Thermo Scientific | 76-302 | |
| 200ul barrier tip | GeneseeScientific | 24-142 | |
| 1000ul pipette tip | Olympus Plastics | 24-173 | |
| Dremel 3000-2/28 Rotary tool kit | Dremel | 3000228 | |
| Rodent Intubation Stand | Braintree Scientific | RIS 200 | |
| Isoflurane | Butler Schein | NDC 11695-6776-2 | |
| Rodent anesthesia machine | Surgivet | VTC302 Classic T3 | |
| Rodent Anesthesia chamber | Braintree Scientific | AB 1 |
References
- Ellis, J., Oyston, P. C. F., Green, M., Titball, R. Tularemia. Clin Microbiol Rev. 15 (4), 631-646 (2002).
- Lyons, C. R., Wu, T. H. Animal models of Francisella tularensis infection. Ann N Y Acad Sci. 1105, (2007).
- Hutt, J. A., Lovchik, J. A., Dekonenko, A., Hahn, A. C., Wu, T. H. The Natural History of Pneumonic Tularemia in Female Fischer 344 Rats after Inhalational Exposure to Aerosolized Francisella tularensis subspecies tularensis Strain Schu S4. Am J Pathol. 187 (2), 252-267 (2017).
- Ray, H. J., et al. The Fischer 344 rat reflects human susceptibility to Francisella pulmonary challenge and provides a new platform for virulence and protection studies. PloS one. 5, e9952 (2010).
- Jemski, J. V. Respiratory tularemia: comparison of selected routes of vaccination in Fischer 344 rats. Infect Immun. 34 (3), 766-772 (1981).
- Wu, T. H., et al. Vaccination of Fischer 344 rats against pulmonary infections by Francisella tularensis type A strains. Vaccine. 27 (34), 4684-4693 (2009).
- Mara-Koosham, G., Hutt, J. A., Lyons, C. R., Wu, T. H. Antibodies contribute to effective vaccination against respiratory infection by type A Francisella tularensis strains. Infect Immun. 79 (4), 1770-1778 (2011).
- Oyston, P. C., Sjostedt, A., Titball, R. W. Tularaemia: bioterrorism defence renews interest in Francisella tularensis. Nat Rev Microbiol. 2 (12), 967-978 (2004).
- Kingry, L. C., Petersen, J. M. Comparative review of Francisella tularensis and Francisella novicida. Front Cell Infect Microbiol. 4, 35 (2014).
- Rohmer, L., et al. Comparison of Francisella tularensis genomes reveals evolutionary events associated with the emergence of human pathogenic strains. Genome Biol. 8 (6), R102 (2007).
- Chu, P., et al. Live attenuated Francisella novicida vaccine protects against Francisella tularensis pulmonary challenge in rats and non-human primates. PLoS Pathog. 10 (10), e1004439 (2014).
- Signarovitz, A. L., et al. Mucosal Immunization with Live Attenuated Francisella novicida U112ΔiglB Protects against Pulmonary F. tularensis SCHU S4 in the Fischer 344 Rat Model. PloS one. 7 (10), e47639 (2012).
- Cunningham, A. L., et al. Enhancement of vaccine efficacy by expression of a TLR5 ligand in the defined live attenuated Francisella tularensis subsp. novicida strain U112DiglB::fljB. Vaccine. 32 (40), 5234-5240 (2014).
