Summary

نموذج الإدارة عن طريق الفم Galleria mellonella للاستجابات المناعية الفطرية Study Commensal-Induced

Published: March 21, 2019
doi:

Summary

هنا، نحن نقدم بروتوكول مفصل لنموذج إدارة عن طريق الفم استخدام اليرقات Galleria mellonella وكيفية توصيف فعل الاستجابات المناعية الفطرية. باستخدام هذا البروتوكول، سوف تكون قادرة على استخدام ميلونيلا G. التسمين أسلوب الباحثين دون خبرة عملية.

Abstract

التحقيق في احتمال مكسبه للبكتيريا commensal على المضيف المناعي هو واحد من المكونات الأساسية عند دراسة التفاعلات بين الميكروبات المعوية والمضيف. ومن الثابت أن كومينسالس مختلف يحمل إمكانات مختلفة تنشيط الجهاز المناعي المعوي المضيف. هذه التحقيقات تشمل الحيوانات الفقارية، لا سيما من القوارض. نظراً لتزايد مخاوف أخلاقية ترتبط بالتجارب التي تنطوي على الفقريات، هناك ارتفاع طلب على نماذج الاستبدال اللافقارية.

هنا، نحن نقدم نموذج إدارة عن طريق الفم Galleria mellonella استخدام البكتيريا غير ممرضة commensal وتقييم إمكانات مكسبه commensals ممكن على نظام المناعة ميلونيلا G. . ونحن تبين أن ميلونيلا G. نموذج استبدال اللافقارية بديلة مفيدة تتيح تحليل commensals مع إمكانات مكسبه مختلفة مثل الأنواع فولجاتوس والاشريكيه القولونية. من المثير للاهتمام، عرضت البكتيريا أي أثر مقتل على اليرقات، ومماثلة للثدييات. الاستجابات المناعية ل G. mellonella قابلة للمقارنة مع الاستجابات المناعية الفطرية الفقاريات وتشمل الاعتراف بالبكتيريا وإنتاج الجزيئات المضادة للميكروبات. ونحن نقترح أن G. ميلونيلا كان قادراً على استعادة التوازن الحجمية السابقة، ومعروف جيدا من الأصحاء الثدييات. على الرغم من أن توفير الاستجابات المناعية الفطرية قابلة للمقارنة في ميلونيلا G. والفقريات، عدم إيواء G. ميلونيلا الجهاز المناعي التكيفي. منذ التحقيق مكونات نظام المناعة الفطرية تطورية المصانة، النموذج يسمح بتحليل الغربلة والأولى لخصائص مكسبه البكتيرية.

Introduction

ميكروبيومي المعوية هو عنصر أساسي للحفاظ على التوازن، ويشمل كلا من الاستجابات المناعية الفطرية والتكيف21،. يتسم المجتمع الحجمية commensal بمختلف مكونات commensal الرئيسي: سيمبيونتس التي تمنح الآثار المفيدة بوظائف هامة إيمونومودولاتوري، باثوبيونتس التي يمكن أن تكون لها آثار ضارة استعداد وراثيا يستضيف والترويج وتؤدي إلى التهاب الأمعاء3،4. قد تم نشر العديد من الدراسات على سيمبيونتس وباثوبيونتس وتأثيرها على النظام المناعي المضيف أساسا دراسة الاستجابات المناعية التكيفية.

أن هذه الدراسات تشمل العديد من الحيوانات للتحقيقات، والحماية، واستبدال الحيوانات المستخدمة للتجريب زيادة اهتمام الجمهور، ونحن نسعى إلى إيجاد نموذج بديل للسماح لفحص البكتيريا المختلفة مكسبه خصائص. الحشرات، لا سيما Galleria mellonella، نموذج استبدال مستخدمة على نطاق واسع في البحوث العدوى. زاي-ميلونيلا يجمع بين مزايا مختلفة مثل تكاليف منخفضة وعالية الإنتاجية؛ أنه يسمح للفم من البكتيريا، وهو مسار التعرض الطبيعي، وأنه يسمح للعدوى المجموعية5،6. ميلونيلا G. كذلك تمكن الحضانة عند 37 درجة مئوية، وهي درجة حرارة الجسم الفسيولوجية للثدييات والأمثل ل التعبير عامل الفوعة الجرثومية5. والميزة الرئيسية ل G. mellonella هو نظام المناعة الفطرية المصانة تمكن التمييز الذاتي من غير المتمتعة بالحكم الذاتي وترميز مجموعة متنوعة من نمط الاعتراف المستقبلات مثل أبوليبوفورين أو طاهية هيمولين6، 7-عند الاعتراف بميكروب، يمكن أن تؤدي ميلونيلا G. مختلف الاستجابات المناعية خلطيه المتلقين للمعلومات. ويمكن حمل ردود الأكسدة وتفرز أنواع الأكسجين التفاعلية (روس) الذي ينطوي على نشاط NOS (أوكسيديز النيتريك synthase) وأكاسيد النيتروجين (نادف أوكسيديز)6،8. وباﻹضافة إلى ذلك، ينشط ميلونيلا G. استجابة قوية ببتيد مضادات الميكروبات (أمبير)، مما يؤدي إلى إفراز خليط أمبير مختلفة مثل جلوفيرين ومرسين، سيكروبين أو جاليريميسين مثل ديفينسين6، 89،،10. وبصفة عامة، الامبير خصوصية المضيف واسع النطاق ضد الجراثيم إيجابية وسلبية الغرام والفطريات ويكون لتوفير استجابة فعالة نظراً للحشرات ولا توجد أي استجابة تكيفية10. جلوفيرين أمبير نشط ضد البكتيريا والفطريات ويحول دون تشكيل الغشاء الخارجي6،11. معرض موريسنس وظيفتها الميكروبات ضد الجراثيم إيجابية وسلبية الغرام باختراق الغشاء وتشكيل9،مسام11. سيكروبينس تقديم نشاط ضد البكتيريا والفطريات والغشاء وبالمثل مثل موريسينس9،10بيرميبيليزي. جاليريميسين ببتيد مثل ديفينسين مع الخصائص المضادة للفطريات9. من المثير للاهتمام، أنه وجد أن الجمع بين سيكروبين وجاليريميسين بنشاط تعاوني ضد كولاي10.

بسبب طابعها سهلة الاستخدام ميلونيلا G. يرقات نموذج عدوى غالباً ما تستخدم لتقييم القدرة الإمراضية البكتيرية. على وجه الخصوص، دراسات في البيانات التي تم الحصول عليها من ميلونيلا G. ترتبط بالبيانات المتحصل عليها من الفئران دعم قوة هذا النموذج مضيفة بديلة. ووجد أن اللقاح المسببة للمرض أكثر من الليستريه المستوحدة في نموذج عدوى ماوس يؤدي أيضا إلى ارتفاع معدلات الوفيات في ميلونيلا G. بعد الإصابة الجهازية. علاوة على ذلك، أقل ضراوة اللقاح تبين أنها أيضا أقل ضراوة في نموذج ميلونيلا زاي- 12. ملاحظات مماثلة بذلت مع الفطريات المسببة للأمراض البشرية المبيضات البيض. فوعة مختلفة المبيضة وقسمت سلالات العدوى المجموعية والمراقبة اللاحقة لبقاء اليرقات. كانت سلالات avirulent الماوس أيضا أفيرولينت أو المشاركة انخفاض ضراوة في G. ميلونيلا، بينما سلالات ضراوة الماوس يؤدي أيضا إلى ارتفاع معدل وفيات اليرقات13. الطراز ميلونيلا G. يمكن استخدامها كذلك تحديد نوع 3 إفراز منظومة العوامل الإمراضية الزائفة الزّنجاريّة14.

حيث تركزت معظم التحقيقات التي تشمل ميلونيلا G. على عوامل الفوعة استخدام النهج العدوى المجموعية كنا مهتمة بصفة خاصة في توفير وسيلة مناسبة لتحليل كومينسالس المعوية في التسمين الفم النموذج الذي نحن تطبيق جرعة مميزة من البكتيريا الواحدة واليرقات ولكن ليس فقط مراقبة معدل الوفيات اليرقات تحليل بصمات مختلفة من الاستجابات المناعية الفطرية للحفاظ على التوازن المعوية.

لدينا أسلوب يساعد على زيادة استخدام mellonella زاي- كنموذج بديل منذ أن نجمع بين تطبيق البكتيريا وتحليل الحمض النووي الريبي التعبير. أنها ليست فقط مفيدة لتعزيز معنى الدراسات المرضية البكتيرية عندما بما في ذلك تحليل الاستجابات المناعية بعد الإدارة عن طريق الفم، وليس فقط مراقبة معدلات الوفيات بعد الإصابة الجهازية. أساليب عملنا ويسمح لتحليل خصائص مكسبه للبكتريا غير ممرضة commensals نظراً لأنها توفر ظروف أكثر تعقيداً من خلية ثقافة بتوفير حاجز الأمعاء في حي.

Protocol

1- ميلونيلا زاي- تربية وإعداد اليرقات للتجارب ملاحظة: يأخذ الدورة من البيض آخر instar اليرقة حوالي 5-6 أسابيع. نقل البيض زرعتها العث الكبار للأم 2 صناديق تحتوي على الركازة العثة الشمع (الحصى الذرة 22%، وجبة القمح 22%، شمع العسل 17.5%، ومسحوق الحليب المقشود 11%، العسل 11%، والغلي…

Representative Results

نموذج العدوى هيموليمف ميلونيلا G. في تستخدم على نطاق واسع لتحليل عوامل الفوعة من مجموعة كبيرة من العوامل الممرضة. وتشمل معظم القياسات تحليل الوفيات اليرقات، وطريقة سهلة جداً. ومع ذلك، هذا الأسلوب لا تسمح الاستنتاجات حول الاستجابات المناعية بصورة عامة وربط نتائج الا…

Discussion

يعتبر هذا النموذج ميلونيلا G. نموذج المستخدمة بشكل متكرر لتقييم عوامل الفوعة الجرثومية في نهج عدوى المجموعية21. نظراً للعديد من العوامل الممرضة والبكتيريا أدخل المضيف عبر طريق الاستعمار أو العدوى عن طريق الفم، تحتاج إلى رؤى جديدة الاطلاع على تقييم ميلونيلا زاي- كنمو…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

تم تمويل هذا العمل DFG (SPP1656) ومجموعة التدريب البحوث DFG 1708، أوند فيما für بونديسمينيستيريوم Forschung (الألمانية)، والمركز الألماني لبحوث الإصابة (دزيف).

Materials

1.5 mL tubes Eppendorf 0030120086
100 bp DNA ladder  Thermo Fisher Scientific 15628019
1-Bromo-3-Chloropropane (BCP) Sigma-Aldrich B9673
2 mL tubes Eppendorf 0030120094
2x Mangomix Bioline BIO-25033 Colony PCR
50 mL tubes Greiner Bio-One 210 261
Agarose Biozym 840004
Beeswax Mixed-Store.de  -
Brain heart infusion broth Thermo Fisher Scientific CM1135
CloneJET PCR Cloning Kit Thermo Fisher Scientific K1232 Cloning vector for 16S fragments
Corn grits Ostermühle Naturkost GmbH 306 Organic cultivation
Difco LB Agar, Miller (Luria-Bertani) Becton Dickinson BD
Difoco LB Broth, Miller (Luria-Bertani) Becton Dickinson 244610
DNA-free DNA Removal Kit  Thermo Fisher Scientific 244510  Dnase digestion
Dried yeast Rapunzel  - Organic cultivation
Dulbecco's Phosphate-Buffered Saline (DPBS) Thermo Fisher Scientific 14040
Ethanol VWR 20821.330
Glycerol Sigma-Aldrich W252506
Honey Ostermühle Naturkost GmbH 487
Isopropanol  VWR 20842.330
Lightcycler 480 Instrument II Roche Molecular Systems 5015278001
LightCycler 480 Multiwell Plate 96, white Roche Molecular Systems 4729692001
Manual Microsyringe Pump with Digital Display World Precision Instruments DMP
Micro-Fine+ U-100 insulin syringe 0.3 x 8 mm Becton Dickinson 324826 Oral administration
Mortar, unglazed VWR 410-9327 
Nanodrop Thermo Fisher Scientific 13-400-518
Nuclease-free water  Thermo Fisher Scientific 10977035
Oxoid AnaeroGen sachets  Thermo Fisher Scientific AN0025A Quality and quantity of RNA
PCR stripes Biozym 710970
Pestle, unglazed grinding surface VWR 410-9324 
Phusion proof-reading enzyme  Thermo Fisher Scientific F553S
Primers Biomers  -
PureYield Plasmid Miniprep System Promega A1222
QuantiFast SYBR Green PCR kit  Qiagen 204056 qPCR for bacterial copy number measurment
QuantiFast SYBR Green RT-PCR Kit  Qiagen 204156 qRT-PCR for gene expression measurements
QuantiTect Reverse Transcription Kit  Qiagen 205311 cDNA synthesis
Qubit Assay Tubes Thermo Fisher Scientific Q32856
Qubit dsHS DNA kit  Thermo Fisher Scientific Q32851 Quantification of plasmid and cDNA samples
Qubit fluorometer Thermo Fisher Scientific Q33226 Quantification of plasmid and cDNA samples
RNase-ExitusPlus AppliChem A7153
Rnasin Ribonuclease Inhibitor Promega N2511
Skimmed milk powder Sucofin  -
SYBR safe DNA Gel Stain Thermo Fisher Scientific S33102
TRI reagent  Sigma-Aldrich T9424
Weighing boat VWR 10803-148
Wheat meal Ostermühle Naturkost GmbH 6462 Organic cultivation

References

  1. Nell, S., Suerbaum, S., Josenhans, C. The impact of the microbiota on the pathogenesis of IBD: lessons from mouse infection models. Nature Reviews Microbiology. 8 (8), 564-577 (2010).
  2. Muniz, L. R., Knosp, C., Yeretssian, G. Intestinal antimicrobial peptides during homeostasis, infection, and disease. Frontiers in Immunology. 3, 310 (2012).
  3. Ivanov, I. I., Honda, K. Intestinal commensal microbes as immune modulators. Cell Host Microbe. 12 (4), 496-508 (2012).
  4. Ayres, J. S. Inflammasome-microbiota interplay in host physiologies. Cell Host Microbe. 14 (5), 491-497 (2013).
  5. Champion, O. L., Titball, R. W., Bates, S. Standardization of G. mellonella Larvae to Provide Reliable and Reproducible Results in the Study of Fungal Pathogens. Journal of Fungi (Basel). 4 (3), (2018).
  6. Wojda, I. Immunity of the greater wax moth Galleria mellonella. Insect Science. , (2016).
  7. Buchmann, K. Evolution of Innate Immunity: Clues from Invertebrates via Fish to Mammals. Frontiers in Immunology. 5, 459 (2014).
  8. Lange, A., et al. Galleria mellonella: A Novel Invertebrate Model to Distinguish Intestinal Symbionts From Pathobionts. Frontiers in Immunology. 9 (2114), (2018).
  9. Tsai, C. J., Loh, J. M., Proft, T. Galleria mellonella infection models for the study of bacterial diseases and for antimicrobial drug testing. Virulence. , 1-16 (2016).
  10. Bolouri Moghaddam, M. R., et al. The potential of the Galleria mellonella innate immune system is maximized by the co-presentation of diverse antimicrobial peptides. Biological Chemistry. 397 (9), 939-945 (2016).
  11. Casanova-Torres, A. M., Goodrich-Blair, H. Immune Signaling and Antimicrobial Peptide Expression in Lepidoptera. Insects. 4 (3), 320-338 (2013).
  12. Mukherjee, K., et al. Galleria mellonella as a model system for studying Listeria pathogenesis. Applied and Environmental Microbiology. 76 (1), 310-317 (2010).
  13. Brennan, M., Thomas, D. Y., Whiteway, M., Kavanagh, K. Correlation between virulence of Candida albicans mutants in mice and Galleria mellonella larvae. FEMS Immunological and Medical Microbiology. 34 (2), 153-157 (2002).
  14. Miyata, S., Casey, M., Frank, D. W., Ausubel, F. M., Drenkard, E. Use of the Galleria mellonella caterpillar as a model host to study the role of the type III secretion system in Pseudomonas aeruginosa pathogenesis. Infection and Immunity. 71 (5), 2404-2413 (2003).
  15. Waidmann, M., et al. Bacteroides vulgatus protects against Escherichia coli-induced colitis in gnotobiotic interleukin-2-deficient mice. Gastroenterology. 125 (1), 162-177 (2003).
  16. Lange, A., et al. Extensive Mobilome-Driven Genome Diversification in Mouse Gut-Associated Bacteroides vulgatus mpk. Genome Biology and Evolution. 8 (4), 1197-1207 (2016).
  17. Hermann-Bank, M. L., Skovgaard, K., Stockmarr, A., Larsen, N., Molbak, L. The Gut Microbiotassay: a high-throughput qPCR approach combinable with next generation sequencing to study gut microbial diversity. BMC Genomics. 14, 788 (2013).
  18. Sato, K., et al. OmpA variants affecting the adherence of ulcerative colitis-derived Bacteroides vulgatus. Journal of Medical and Dental Science. 57 (1), 55-64 (2010).
  19. Freitak, D., et al. The maternal transfer of bacteria can mediate trans-generational immune priming in insects. Virulence. 5 (4), 547-554 (2014).
  20. Pfaffl, M. W. A new mathematical model for relative quantification in real-time RT-PCR. Nucleic Acids Research. 29 (9), 45 (2001).
  21. Ramarao, N., Nielsen-Leroux, C., Lereclus, D. The insect Galleria mellonella as a powerful infection model to investigate bacterial pathogenesis. Journal of Visualized Experiments. (70), e4392 (2012).
  22. Ramarao, N., Nielsen-Leroux, C., Lereclus, D. The insect Galleria mellonella as a powerful infection model to investigate bacterial pathogenesis. Journal of Visualized Experiments. (70), e4392 (2012).

Play Video

Cite This Article
Lange, A., Schäfer, A., Frick, J. A Galleria mellonella Oral Administration Model to Study Commensal-Induced Innate Immune Responses. J. Vis. Exp. (145), e59270, doi:10.3791/59270 (2019).

View Video