هنا ، نصف المنهجية المستخدمة لتوليد سلالات L. panamensis و L . donovani التي تعبر عن جين eGFP كجين تحوير متكامل مستقر باستخدام نظام pLEXSY. تم استنساخ الطفيليات المنقولة عن طريق الحد من التخفيف ، وتم اختيار الحيوانات المستنسخة ذات أعلى كثافة مضان في كلا النوعين لاستخدامها مرة أخرى في فحوصات فحص الأدوية.
تسبب الطفيليات الأولية من جنس الليشمانيا داء الليشمانيات ، وهو مرض له مظاهر سريرية متغيرة يصيب ملايين الأشخاص في جميع أنحاء العالم. يمكن أن تؤدي العدوى ب L. donovani إلى مرض حشوي مميت. في بنما وكولومبيا وكوستاريكا ، L. panamensis هو المسؤول عن معظم الحالات المبلغ عنها من داء الليشمانيات الجلدي والمخاطي. إن دراسة عدد كبير من الأدوية المرشحة بالمنهجيات المتاحة حتى الآن أمر صعب للغاية ، نظرا لأنها شاقة للغاية لتقييم نشاط المركبات ضد الأشكال داخل الخلايا للطفيلي أو لأداء المقايسات في الجسم الحي . في هذا العمل ، نصف جيل سلالات L. panamensis و L. donovani مع التعبير التأسيسي للجين الذي يشفر لبروتين الفلورسنت الأخضر المعزز (eGFP) المدمج في الموضع الذي يشفر ل 18S rRNA (ssu). تم الحصول على eGFP المشفر الجيني من ناقل تجاري وتم تضخيمه بواسطة تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) لإثرائه وإضافة مواقع تقييد لإنزيمات BglII و KpnI. تم عزل أمبليكون eGFP عن طريق تنقية هلام الأغاروز ، وهضمه مع الإنزيمات BglII و KpnI ، وربطه في ناقل تعبير الليشمانيا pLEXSY-sat2.1 الذي تم هضمه مسبقا بنفس مجموعة الإنزيمات. تم نشر ناقل التعبير مع الجين المستنسخ في الإشريكية القولونية ، وتنقيته ، وتم التحقق من وجود الإدراج بواسطة مستعمرة PCR. تم تحويل البلازميد المنقى خطيا واستخدامه لنقل طفيليات L. donovani و L . panamensis. تم التحقق من تكامل الجين بواسطة PCR. تم تقييم التعبير عن جين eGFP عن طريق قياس التدفق الخلوي. تم استنساخ الطفيليات الفلورية عن طريق الحد من التخفيف ، وتم اختيار الحيوانات المستنسخة ذات أعلى كثافة مضان باستخدام قياس التدفق الخلوي.
الطفيليات الأولية من جنس الليشمانيا تسبب داء الليشمانيات ، وهو مرض له مجموعة واسعة من المظاهر السريرية. ينتشر هذا المرض في 98 دولة ، ويقدر معدل حدوثه السنوي ب 0.9 إلى 1.6 مليون حالة1. تنقسم أنواع الليشمانيا المسببة للأمراض للإنسان إلى جنسين فرعيين ، وهما L. (الليشمانيا) ول. (فيانيا). العدوى مع بعض الأنواع التي تنتمي إلى L. (الليشمانيا) قد يؤدي الجنس الفرعي ، مثل L. donovani و L. infantum ، إلى داء الليشمانيات الحشوي (VL) ، وهو قاتل إذا ترك دون علاج2. الأنواع التي تنتمي إلى L. يرتبط الجنس الفرعي (Viannia) بمعظم حالات داء الليشمانيات الجلدي (CL) وداء الليشمانيات المخاطي الجلدي (MCL) في أمريكا الوسطى والجنوبية ، وخاصة في بنما وكولومبيا وكوستاريكا ، مع كون L. panamensis العامل المسبب الرئيسي لهذه العروض السريرية 3,4.
العلاج الكيميائي الحالي المضاد لليشمانيا الذي يتضمن أدوية مثل الأنتيمون خماسي التكافؤ وميلتيفوسين والأمفوتريسين ب شديد السمية ومكلف. وعلاوة على ذلك، أضيفت زيادة مقاومة الأدوية خلال العقود الأخيرة إلى العوامل التي تتداخل مع العلاج الفعال للمرضى في جميع أنحاء العالم5. تم إثبات اختلافات جوهرية عبر أنواع جنس الليشمانيا فيما يتعلق بالحساسية للأدوية ، خاصة بين أنواع العالم الجديدوالقديم 6,7. لهذه الأسباب ، من الضروري توجيه الجهود لتحديد وتطوير عقاقير جديدة لمكافحة الليشمانيا ، مع إيلاء اهتمام خاص للنهج الخاصة بالأنواع. من الصعب للغاية دراسة المكتبات الكبيرة للأدوية المرشحة ذات المنهجيات التقليدية ، نظرا لأن هذه المنهجيات شاقة للغاية لتقييم نشاط المركبات ضد الأماستيجوتات داخل الخلايا أو لإجراء تجارب في الجسم الحي 8 ؛ لذلك ، كان من الضروري تطوير تقنيات جديدة تقلل من هذه العيوب ، بما في ذلك تنفيذ جينات المراسل وتطوير فحوصات فحص النمط الظاهري عالية المحتوى9.
أظهر استخدام جينات المراسل إمكانية زيادة كفاءة عملية فحص الأدوية لأنها تسهل تطوير فحوصات عالية الإنتاجية وفي الجسم الحي. تم إنشاء طفيليات الليشمانيا المؤتلفة التي تعبر عن العديد من جينات المراسل من قبل مجموعات بحثية مختلفة. تم إدخال جينات المراسل ، مثل β-galactosidase و β-lactamase و luciferase ، في العديد من أنواع الليشمانيا باستخدام النواقل العرضية ، مما يدل على فائدة محدودة لفحص الأدوية في أشكال خارج الخلايا وداخلها من الطفيلي 10،11،12،13،14،15. هذه الأساليب لها حدود تتطلب ضغطا انتقائيا قويا في الثقافة لتجنب القضاء على البنية العرضية ، وكذلك استخدام كواشف إضافية للكشف عن نشاط جين المراسل. على العكس من ذلك ، تم استخدام بروتين الفلورسنت الأخضر (GFP) ومتغيره ، بروتين الفلورسنت الأخضر المعزز (eGFP) ، في توليد عدد كبير من سلالات الليشمانيا المعدلة وراثيا لفحوصات فحص الأدوية في المختبر بسبب مرونتها وحساسيتها ، وكذلك إمكانية أتمتة عملية الفحص باستخدام قياس التدفق الخلوي أو القياس الفلوري15 ، 16,17,18,19. على الرغم من النتائج الواعدة ، كانت مزارع هذه السلالات المعدلة وراثيا غير متجانسة للغاية في مستويات مضانها ، لأن عدد نسخ جين GFP لم يكن هو نفسه في جميع الطفيليات. علاوة على ذلك ، يتطلب الحفاظ على التألق ضغطا انتقائيا ثابتا على الطفيليات في الثقافة ، حيث تم إدخال جين GFP في بنية عرضية.
للأسباب المذكورة من قبل ، ركزت العديد من الجهود على تطوير منهجيات جديدة لإنتاج سلالات مستقرة مؤتلفة. اعتمدت هذه الجهود في الغالب على دمج جينات المراسل في المواقع الريبوسومية ، مستفيدة من معدلات النسخ الأعلى للجينات الريبوسومية20. تم إنشاء سلالات من L. infantum و L. amazonensis بعد دمج الجينات المشفرة ل β-galactocidase 21 و IFP 1.4 و iRFP22 و tdTomato23 ، وتم تقييمها لفائدتها في فحوصات فحص الأدوية. طورت مجموعات مختلفة سلالات L. donovani التي تعبر عن GFP بشكل أساسي من خلال دمج جينها المشفر في موضع الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي 18S (ssu locus) من خلال إعادة التركيب المتماثل24,25 ؛ أظهروا تعبيرا مستقرا ومتجانسا عن GFP في السكان المنقولين ، بما في ذلك amastigotes داخل الخلايا 24,25 ، وتم تنفيذها بنجاح في فحوصات فحص المخدرات24,25,26. طور Bolhassani et al.27 سلالات من L. major و L. infantum تعبر عن GFP كجين تحوير متكامل. استخدموا ناقل التكامل pLEXSY ، المصمم أصلا للتعبير الوراثي للبروتينات في نظام يستخدم L. tarentolae كمضيف28. أظهر ناقل pLEXSY-GFP أنه فعال للغاية لتوليد سلالات مختلفة من الليشمانيا تعبر بشكل أساسي عن GFP24،25،27،29،30. في هذه الطفيليات ، يكون التألق متجانسا ويتم الحفاظ عليه في الأشكال داخل الخلايا ، حيث يمكن اكتشافه في آفات وسادة القدم للفئران المصابة27.
في هذا العمل ، نصف المنهجية المستخدمة لتوليد سلالات L. panamensis و L . donovani التي تعبر عن تشفير الجينات ل eGFP كجين تحوير متكامل باستخدام نظام pLEXSY. تستخدم السلالات الناتجة عن هذه العملية في مختبرنا لإجراء فحوصات فحص الأدوية التي تقيم النشاط المحتمل لمكافحة الليشمانيا للجزيئات ذات الأصل الطبيعي والاصطناعي.
تمت دراسة مزايا وعيوب جينات المراسل المختلفة في العديد من الطفيليات الأولية. من بينها ، GFP و eGFP هي في جوهرها الفلورسنت وتسمح بسهولة القياس الكمي والتصوير. يمكن الكشف عن النشاط الفلوري لهذه البروتينات بأقل قدر من التلاعب باستخدام الفحص المجهري الفلوري أو القياس الفلوري أو قياس التدفق الخل?…
The authors have nothing to disclose.
تم تمويل هذا العمل من قبل الأمانة الوطنية للعلوم والتكنولوجيا والابتكار (SENACYT) ، بنما ، رقم المنحة NI-177-2016 ، والنظام الوطني للبحوث (SNI) ، بنما ، أرقام المنح SNI-169-2018 و SNI-008-2022 و SNI-060-2022.
96 Well Microplates | Corning | CLS3340 | Flat bottom clear, black polystyrene, sterile, lid |
Agarose | Sigma-Aldrich | A4718 | |
Ampicillin sodium salt | Sigma-Aldrich | A8351 | BioXtra, suitable for cell culture |
BglII restriction enzyme | New England BioLabs | R0144S | 2,000 units. 10,000 units/mL |
Cell Culture Flasks | Corning | CLS430168 | Surface area 25 cm2, canted neck, cap (plug seal) |
ChemiDoc Imaging System | Bio-Rad | 17001401 | |
CyFlow Space | Sysmex | Not available | |
D-(+)-Glucose | Sigma-Aldrich | G7021 | powder, BioReagent, suitable for cell culture, suitable for insect cell culture, suitable for plant cell culture, ≥99.5% |
Fetal Bovine Serum | Sigma-Aldrich | F7524 | |
Gel Loading Buffer | Sigma-Aldrich | G2526 | The rate of migration varies with gel composition. Dilute 1:3 to 1:6 with sample before loading. |
Gene Pulser Xcell Electroporation System | Bio-Rad | 1652660 | The system is composed of a main unit, two accessory modules, the capacitance extender (CE module) and the pulse controller (PC module), and a ShockPod cuvette chamber. |
Gene Pulser/MicroPulser Electroporation Cuvettes | Bio-Rad | 1652086 | Pkg of 50, 0.2 cm–gap sterile electroporation cuvette, for use with the Gene Pulser and MicroPulser Systems, for mammalian and other eukaryotic cells |
Gentamicin solution | Sigma-Aldrich | G1397 | 50 mg/mL in deionized water, liquid, 0.1 μm filtered, BioReagent, suitable for cell culture |
GoTaq Long PCR Master Mix | Promega | M4021 | |
HEPES solution | Sigma-Aldrich | H0887 | 1 M, pH 7.0-7.6, sterile-filtered, BioReagent, suitable for cell culture |
Inverted microscope | Olympus | IXplore Standard | |
KpnI-HF restriction enzyme | New England BioLabs | R3142S | 4,000 units. 20,000 units/mL |
LB Broth with agar | Sigma-Aldrich | L3147 | Highly-referenced nutrient-rich microbial growth powder medium with Agar, suitable for regular E.coli culture. |
LB Broth | Sigma-Aldrich | L2542 | Liquid microbial growth medium |
Mini-Sub Cell GT Horizontal Electrophoresis System | Bio-Rad | 1640300 | Mini horizontal electrophoresis system, includes 8- and 15-well combs, 7 cm x 10 cm UV-transparent tray |
pEGFP-N1-1x | Addgene | 172281 | Expressing eGFP mRNA fused with 1 tandem repeat of a 50-base sequence |
pLEXSYcon2.1 expression kit | Jena Bioscience | EGE-1310sat | Contains integrative constitutive expression vector pLEXSY-sat2.1. Antibiotic selection of transfectants with Nourseothricin (NTC, clonNAT). Contains all primers for diagnostic PCRs and sequencing. |
Potassium Chloride | Millipore | 529552 | Molecular Biology Grade – CAS 7447-40-7 – Calbiochem |
PureYield Plasmid Miniprep System | Promega | A1222 | Up to 15 μg of Transfection-Ready Plasmid from 3 mL cultures. |
Schneider′s Insect Medium | Sigma-Aldrich | S0146 | Medium used in our laboratory for culturing Leishmania. |
SOC Medium | Sigma-Aldrich | S1797 | |
Sodium chloride | Sigma-Aldrich | S3014 | for molecular biology, DNase, RNase, and protease, none detected, ≥99% (titration) |
Sodium phosphate dibasic | Sigma-Aldrich | RDD038 | BioReagent, suitable for cell culture, suitable for insect cell culture, ≥99.0%, free-flowing, Redi-Dri |
SwaI restriction enzyme | New England BioLabs | R0604S | 2,000 units. 10,000 units/mL |
Syringe filters | Corning | CLS431212 | regenerated cellulose membrane, diam. 4 mm, pore size 0.2 μm |
T100 Thermal Cycler | Bio-Rad | 1861096 | Thermal cycler system, includes 96-well thermal cycler, power cord, tube support ring |
T4 DNA Ligase | Promega | M1801 | Joins two DNA strands with cohesive or blunt ends |
Tris-Borate-EDTA buffer | Sigma-Aldrich | T4415 | BioReagent, suitable for electrophoresis, 10× concentrate |
Wizard Genomic DNA Purification Kit | Promega | A1120 | |
Wizard SV Gel and PCR Clean-Up System | Promega | A9285 | |
XL10-Gold Ultracompetent Cells | Agilent | 200317 | XL10-Gold Kanr Ultracompetent Cells, 10 x 0.1 mL. Features the kanamycin-resistance gene on the F' episome, for extremely demanding cloning in chloramphenicol-resistant vectors. Efficiency: > 5 x 10 9 transformants/µg pUC18 DNA. |