Gebruik van de ongewervelde Galleria wasmot als een infectie model voor de studie van de Mycobacterium tuberculose complex

Tuberculose (TB) is een belangrijke bedreiging voor de wereldwijde volksgezondheid met 9.000.000 nieuwe gevallen per jaar en 1.500.000 sterfgevallen¹. Bovendien wordt geschat dat een kwart van de wereldbevolking is geïnfecteerd met de oorzakelijke agent van de ziekte, Mycobacterium tuberculose (MTB). Onder de geïnfecteerde bevolking, 5 − 10% zal de ontwikkeling van actieve TB ziekte over hun leven. Bovendien, de opkomst en verspreiding van multi-drug resistente (MDR) en uitgebreid-drug (XDR) resistente MTB vormt een ernstige bedreiging voor de Ziektebestrijding, met 123 landen de rapportage ten minste een XDR geval¹. Behandeling van TB vereist een cocktail van ten minste vier anti-mycobacteriële geneesmiddelen, waarvan isoniazid en rifampicin worden voorgeschreven voor een minimumduur van zes maanden; de behandeling wordt vaak geassocieerd met complexe bijwerkingen en toxische effecten. Bescherming tegen de enige licentie vaccin tegen TB, Mycobacterium bovis Bacillus Calmette-GUÉRIN (BCG), is variabel². Een onvolledig begrip van de pathogenese van TB belemmert de ontwikkeling van nieuwe therapeutische en vaccinatiestrategieën aanzienlijk.

Voor decennia dierlijke infectie modellen zijn van vitaal belang voor TB onderzoek naar de fundamentele pathogenese en gastheer reactie op infectie te begrijpen, en om nieuwe anti-mycobacteriële agenten, immuun-therapeutische en nieuw vaccin kandidaten³te evalueren^{, 4}. echter, onderzoek met behulp van dierlijke infectie modellen van TB is berucht moeilijk als de pathogenese en progressie van TB-infectie zijn complex, en er is geen enkel diermodel dat het volledige spectrum en de belangrijke kenmerken van de ziekte nabootst^{5 ,6}. Bovendien zijn dierproeven duur, tijdrovend om te ondernemen en vereisen volledige ethische rechtvaardiging. Toch zijn dierlijke infectie modellen van TB beschreven in niet-menselijke primaten (bijv. Makaken), cavia’s, konijnen, vee, varkens, muizen en zebravis, met elk met hun beperkingen^3,4. De muizenmodel is het meest gebruikte model als gevolg van kosten, beschikbaarheid van ingeteelde lijnen, reproduceerbaarheid van de infectie en de overvloed van immunologische reagentia. Echter, ze niet typisch vorm granulomen geassocieerd met gebieden van hypoxie die kenmerkend zijn voor latente tuberculose-infectie (LTBI)⁶. Cavia’s zijn zeer gevoelig voor MTB -infectie, met pathologie en vroege granuloomvorming vergelijkbaar met die in de mens, en worden veel gebruikt in vaccin testen; Toch is het gebrek aan immunologische reagentia belemmert het gebruik ervan als een infectie model⁷. Zebravis zijn geschikt voor grootschalige screening in vroege stadia Preklinische studies vanwege hun geringe omvang, snelle voortplanting en geavanceerde genetische hulpmiddelen, maar zijn anatomisch en fysiologisch verschillend van de mens en zijn alleen vatbaar voor Mycobacterium Marinum besmetting³. De diermodellen die het meest lijken op de menselijke MTB -infectie zijn niet-menselijke primaten (bijvoorbeeld de Makaken), maar ze zijn duur en hebben belangrijke ethische en praktische overwegingen die aanzienlijk beperkt hun gebruik⁸.

De insecten larve van de grotere Wax mot of honingraat mot, Galleria wasmot, zijn steeds populairder geworden als een infectie model voor een verscheidenheid van bacteriële en schimmel pathogenen⁹, en als een scherm voor nieuwe antimicrobiële drugs kandidaten ¹⁰. G. wasmot is een succesvolle ongewervelde model te wijten aan zijn verfijnde aangeboren immuunsysteem (bestaande uit cellulaire en humorale verdediging) dat een hoge mate van structurele en functionele gelijkenis met die van gewervelde dieren^{11 aandelen} . Dit omvat immune mechanismen zoals fagocytose van ziekteverwekkers door hemocytes (functioneel gelijkaardig aan zoogdier macrofagen en neutrofielen)^12,13, de productie en de omloop van anti-microbiële peptides (versterkers) en aanvulling-als proteïnen binnen hemolymph (analoog aan zoogdier bloed) van G. wasmot¹¹. Andere voordelen^9,14,15 van G. wasmot de larven als model omvatten 1) hun grote grootte (20 − 30 mm) die voor gemakkelijke manipulatie en besmetting toestaat, evenals de inzameling van weefsel en hemolymph voor analyses, 2) gemakkelijk onderhoud bij 37 °C, geschikt voor het bestuderen van menselijke pathogenen, 3) precieze infectie door injectie zonder de noodzaak voor anesthesie, 4) effectiviteit van antimicrobiële stoffen kan worden beoordeeld met behulp van minder drugs voor de evaluatie, 5) gebrek aan ethische beperkingen ten opzichte van het gebruik van zoogdieren, 6) de grote groepsgrootte kan worden gebruikt in vergelijking met dierlijke modellen die grotere reproduceerbaarheid toestaan, en 7) kortere tijden voor besmettings experimenten zijn vereist.

In een recente studie, hebben we aangetoond dat G. wasmot kan worden gebruikt als een nieuwe infectie model voor het bestuderen van de pathogenese van de infectie door bioluminescent M. bovis BCG Lux, een genetisch gemodificeerde versie van het vaccinstam en de lidstaten van de MTB -complex (MTBC)¹⁶. Terwijl G. wasmot eerder is gebruikt als een infectie model voor niet-tuberculose mycobacteriën (NTM), voornamelijk M. marinum en Mycobacterium abcesus^17,18, studies met behulp van MTBC zijn beperkt tot dat van Li et al.¹⁶. Bioluminescent niet-pathogene mycobacteriële stammen, die kunnen worden gebruikt op insluiting niveau (CL) 2 als een surrogaat voor MTB, bieden de voordelen van veiligheid en uitvoerbaarheid over pathogene mycobacteriën. Na besmetting met BCG Lux, beginnen de larven vroege granuloom-als structuren te ontwikkelen, die waardevol inzicht in de rol van ingeboren immuniteit in de totstandbrenging van TB besmetting¹⁶konden verstrekken. Bovendien, deze eenvoudige ongewervelde infectie model heeft de potentie om een snelle, goedkope, en betrouwbare evaluatie van TB pathogenese waarin gecontroleerde uitdaging en meerdere repliceert voor reproduceerbaarheid te bieden. Bovendien, het model heeft de potentie om te worden gebruikt om nieuwe anti-TB drugs en vaccin kandidaten scherm in de vroege ontwikkeling, het verminderen van het totale aantal dieren in experimenten. Het vermogen om veranderingen in gastheer en pathogeen structuur, transcriptoom en proteome te meten om drug doelstellingen te bepalen en mechanismen van actie van nieuwe drugs en therapeutische vaccins te beoordelen, zijn ook voordelig.

Hier beschrijven we de experimentele protocollen voor de voorbereiding van een bioluminescent M. bovis BCG Lux entmateriaal en G. wasmot larven voor mycobacteriële infectie, evenals de bepaling van zowel larvale en mycobacteriële overleving in reactie op infectie.