该议定书的目标是通过人工膜喂食器向 伊 蚊提供动物源和人工血液膳食,并精确量化摄入的膳食量。
某些蚊子物种的女性可以传播疾病,同时咬脊椎动物宿主,以获得卵子发育所需的富含蛋白质的血液膳食。在实验室里,研究人员可以通过膜喂食器向蚊子提供动物源性血液和人造血液餐,从而能够操纵膳食成分。在这里,我们 介绍的方法, 喂血和人工血液餐伊蚊和量化个别女性的消费量。
有针对性的喂养和定量人工/血液膳食具有广泛的用途,包括测试膳食成分对蚊子行为和生理的影响,不注射就提供药理化合物,以及用特定病原体感染蚊子。在进食前将荧光素染料添加到膳食中,可进行后续膳食尺寸的量化。蚊子消耗的膳食量可以测量体重,如果女性以后要用于行为实验,或者通过在96口井板中使个体雌性同质化,并使用板读器作为终点检测测量荧光水平。膳食大小量化可用于确定更改膳食成分是否会改变摄入的膳食量,或者蚊子菌株之间的膳食消耗是否不同。精确的膳食大小量化对于下游检测也至关重要,例如测量对宿主吸引力或丰盛度的影响。这里介绍的方法可以进一步适应跟踪膳食消化在几天内,或包括多个可区分的标记添加到不同的膳食(如花蜜和血液),以量化每餐由一只蚊子的消费。
这些方法使研究人员能够单枪匹马地进行高通量测量,以比较数百只蚊子的膳食量。因此,这些工具对于蚊子研究人员群体回答各种生物问题将大有用处。
我们提出了一个协议,使用人工膜喂食器向 伊 蚊提供改性血液膳食,并精确测量每只蚊子的膳食量。此协议可以灵活地调整,以改变膳食内容或比较不同实验组蚊子消耗的膳食量。
艾吉普提蚊子传播病原体,导致黄热病、登革热、基孔肯雅病和寨卡1、2、3、4、5等疾病,威胁全球健康。艾吉普蒂女性是义务献血者:他们必须消耗脊椎动物的血液,以获得卵子发育所需的蛋白质,每个离合器的鸡蛋需要从至少一个主机6,7,8全血餐。雌性蚊子首先咬她的主人,用她的风格刺穿皮肤和注射唾液,其中含有化合物,触发宿主的免疫反应9。然后,她通过抽血通过她的风格到她的中口水喂养。在食用受感染宿主的血液餐时,她可能会摄入血液传播的病原体6、8,然后从蚊子的中游转移到唾液腺10。以这种方式感染的雌性蚊子在叮咬随后的宿主11、12时,会通过注射病原体和唾液来传播疾病。了解和量化供血行为的机制是控制蚊媒疾病传播的关键步骤。
许多用于蚊子饲养和实验的实验室协议使用活体动物,包括老鼠、豚鼠或人类作为血源13、14、15、16。活体动物的使用对人员培训、动物住房和护理以及遵守机构动物护理和使用委员会(IACUC)的政策提出了道德问题和复杂的要求。它还限制了可以输送到蚊子的化合物的类型,这限制了可以进行的研究17。
人工供血设备通常使用膜系统来模拟宿主皮肤,是研究血液喂养行为的有用工具,可以规避维持活体宿主的需要。全血可以从一些供应商购买,并喂蚊子使用加热,水衣人造膜喂食器或类似的设备18,19。在此协议中,我们演示了使用称为"Glytubes"的小型一次性膜馈线器。这种膜喂食器以前由科斯塔-达-西尔瓦等人(2013年)20日出版,可以很容易地从标准的实验室设备组装,使其非常适合向适量的蚊子提供血液膳食,并直接扩大规模,以测试更大的群体或多种膳食配方。Glytube 是一种廉价和高效的替代其他商业人工喂食器,它可能需要更大的膳食量,更适合批量喂养大群蚊子的单餐配方21。
该协议包括两个部分:准备/提供人工餐食和量化消费。在第一节中,Glytubes 被用作提供操纵饮食的有效手段。全血可以用完全人造的膳食代替,以比较血液替代品代替血液餐的效果。一个食谱改编自科根(1990)22在这里提出,虽然多个人造膳食配方已经开发23,24。此外,与注射相比,喂养是一种侵入性更小、更不费力的方法来引入药理化合物。由于每餐所需的总容量较低(1-2 mL),此协议提供了一个有吸引力的递送方法,以减少昂贵的试剂量。Ae. aegypti女性容易食用无蛋白质的盐水溶液与腺苷 5 +三磷酸酯 (ATP)25,26,它提供了一个基线,用于测量单膳食成分的影响.例如,Ae.aegypti的神经肽 Y 样受体 7 (NPYLR7) 已知在富含蛋白质的血液餐后会调解宿主求抑制,当 NPYLR7 激动剂添加到无蛋白质盐水餐中时,雌性蚊子表现出类似于那些消耗了全血的雌性蚊子寻求宿主的抑制。
在第二节中,介绍了量化雌性蚊子每餐消费量的步骤。这种测定基于荧光,捕获喂养状态的分辨率高于女性根据腹部分化的视觉评估被归类为"喂养"或"未喂养"的方法。通过在进食前将荧光素添加到膳食中,个人摄入的膳食量可以通过将每只蚊子同质化在 96 口井盘中并测量荧光强度作为读取来量化。这种检测可以测量喂养活力的差异,以响应诸如膳食成分或蚊子的遗传背景等变量。精确量化对于中餐规模至关重要,例如,当女性获得含有喂养威慑力的次优膳食时,或当她们食用可变大小为27的蔗糖餐时。如果餐量大小量化后需要喂养蚊子进行后续行为检测,则可以通过分组称量麻醉女性并估计每个人平均增加的质量来计算膳食大小。虽然重量不如荧光素标记精确,但仍提供膳食体积的汇总估计值,并允许检查膳食对下游过程的影响,如粪便或随后的宿主吸引力。虽然血餐的大小是可变的,并可能受到无数因素的影响11,28,29,摄入膳食大小测量与这里描述的方法是一致的以前的量化7,30,31。
血液喂养程序不使用活体动物或人类宿主进行,并符合洛克菲勒大学机构动物护理和使用委员会(IACUC)和机构审查委员会(IRB)制定的准则。
1. 膳食准备
2. 送餐给蚊子
3. 消费膳食的量化
图 1提供了组装 Glytube 的示意图,而图 2显示了使用此处描述的基于荧光的检测来测量膳食大小的实验设计概述。图 3提供了血液喂养实验中具有代表性的荧光素膳食尺寸测量结果。图 4、图 5和图 6显示了可使用本协议解决的生物问题的样本。该协议的应用范围很广,包括改变血粉成分、喂养药理化合物、精确量化次优血餐或小型花蜜餐,以及比较蚊子基因型的喂养行为。
为了生成膳食量计算的标准曲线,荧光读数从指定的参考井中绘制,每个油井都含有未受蚊虫和已知卷,含 0.002% 荧光素(图 3A)。剩余水井的荧光读数与此标准曲线进行比较,以量化每只蚊子消耗的膳食量 (μL) (图 3B)。要验证此检测中的基线读数,应确认未受负对照组的蚊子未分配消耗的 μL 正值(图 3B,左图)。虽然实验组的所有女性都得到了血餐,但有些蚊子喂食(图3B,中间),有些没有(图3B,右图)。这一结果表明,可以从本协议中获取两种类型的数据:1) 以给定膳食为食的女性总数的百分比,以及 2) 以给定膳食为食的女性摄入的体积。
此协议可用于提供和量化含有各种蛋白质成分的膳食。 图 4A,B 显示使用添加荧光素的膳食收集的数据。喂养的蚊子比例和它们摄入的膳食量分别根据荧光读数计算。这些读数非常敏感,允许精确量化μL,但有蚊子不能用于未来活体实验的局限性。 图4C,D 显示了从对蚊子的独立实验中收集的数据,这些蚊子在没有荧光素的膳食后被评分为喂养或没有眼睛。膳食大小计算为5组蚊子的平均体重/雌性。虽然这些重量测量比荧光测量更不敏感,但它们允许女性被恢复并用于进一步的活体实验。喂养的蚊子比例可能因实验日而异,如 图4A 和 图4C所反映的那样。
图 5 显示了含有调节蚊子宿主寻找行为的药物的膳食消耗量。在这些实验中,女性获得血液、盐水+ATP或盐水+ATP餐食,其中100μM为人类NPY Y2受体激动剂TM30338。这种药物通过激活 类似 Ae. aegypti NPY 的受体 7 来改变寻宿主行为。测量膳食大小对于解释实验以评估这种药物对血液喂养后行为的影响至关重要,因为它允许研究人员计算每个女性消耗的剂量。
在以前的例子中,女性要么喂血,要么用血代替,所有这些都导致3-5μL餐(图3,图4,图5)。这种基于荧光的检测方法还可用于测量从平均组重量测量中无法准确辨别的更小和/或更可变的膳食大小。在图6中,同样的荧光量化方案被用来测量花蜜喂养行为,用Glytube交换一个棉球饱和10%的蔗糖含有0.002%的荧光素。花蜜糖不能在Glytube检测中呈现,因为女性无法检测花蜜糖的存在与风格,不启动喂养27。这些数据使研究人员能够确定糖膳食总是小于血餐,这与以前的工作34(图6)一致。
图1:设置用于向蚊子喂食的Glytube方法。(A) 用于向蚊子喂血和其他膳食的解构胶管的示意图。(B) 格利图布的示意图呈现在一个带网状盖的蚊子容器上。雌性蚊子可以穿透网盖喂食。(C) 格利图布(上图)和雌性伊蚊在喂食前、喂食期间和喂食后(从下到右)的照片。蚊子通过覆盖容器的网眼穿透,进入膜馈线。(D) 照片显示雌性Ae. aegypti蚊子的外观,这些蚊子没有(左),并且已经注入了人工血餐(右,顶部)或盐水 + ATP 餐(右,下)。格利图布方法之前发表在科斯塔-达-西尔瓦等人(2013)20。照片在 (C) 和(D) 由亚历克斯 · 威尔德提供。请点击这里查看此数字的较大版本。
图2:胶管供血协议后如何量化膳食大小的示意图。(A) 蚊子提供荧光素(顶部,实验组)或无餐(底部,无负对照组)的膳食。(B) 终止喂食实验后,个别蚊子会加入96井盘内。(C) 标准曲线是使用已知含有0.002%荧光素的膳食量生成的。(D) 蚊子是同质化的,以释放任何消耗的荧光素,每个井的荧光水平使用板读取器进行量化。这种荧光量化方法从利施等人(2013)34中修改而成。请点击这里查看此数字的较大版本。
图3:用基于荧光素的量化进行胶管供血实验。(A) 从未受控制组的蚊子被添加到已知数量的膳食中,含有0.002%荧光素(y轴尺度=任意单位)的井中获得的标准曲线测量结果。(B) 餐量使用未对照组(左、黑、n =40)、以血液为食的实验组(中、红色、n = 37)和不以血液为食的实验组(右、红、n=23)的女性计算。每个点代表来自女性个体的测量结果。数据显示为带范围的中位数。字母表示统计学上不同的组,克鲁斯卡尔-瓦利斯测试与邓恩的多重比较,p<0.01。这些数据发表在Jové等人(2020)27。请点击这里查看此数字的较大版本。
图5:用药理化合物量化膳食。女性食用相同大小的羊血(红色)、盐水+ATP(水)和盐水+ATP+100 μM剂量的人类NPY Y2受体激动剂TM30338(深蓝色)。使用荧光读数计算的膳食量。每个点代表来自女性个体的测量结果。数据显示为带范围的中位数,n = 12。字母表示统计学上不同的组,克鲁斯卡尔-瓦利斯测试与邓恩的多重比较,p<0.05。 请点击这里查看此数字的较大版本。
图6:小花蜜餐的量化。(A) 花蜜喂养检测的示意图。(B) 在花蜜喂养检测中,使用野生型雌性荧光读数计算的膳食量提供水(蓝色、n = 36)或10%蔗糖(绿色,n = 53),每餐均带有0.002%的荧光素。每个点代表来自女性个体的测量结果。数据显示为带范围的中位数。字母表示统计学上不同的组,曼恩-惠特尼测试,p<0.05。这些数据发表在Jové等人(2020)27。请点击这里查看此数字的较大版本。
人造血餐 | |||
库存解决方案的集中(毫克/mL) | 膳食中库存解决方案的体积 (μL/mL) | 最终膳食浓度(毫克/mL) | |
蛋白质成分* | |||
γ-球蛋白 | 50 | 300 | 15 |
血红蛋白 | 35 | 230 | 8 |
白 蛋白 | 300 | 340 | 102 |
蛋白质总量 | - | - | 125 |
非蛋白质组件 | |||
库存解决方案的集中 (mM) | 膳食中库存解决方案的体积 (μL/mL) | 最终膳食浓度 (mM) | |
Nacl | 以γ球蛋白股票 | - | 5-10 |
纳科3 | 以γ球蛋白股票 | - | 120 |
Atp | 200 | 5 | 1 |
水 | - | 125 | - |
*蛋白质成分在双蒸馏水的库存溶液中制备,γ球蛋白除外,这些蛋白溶解在 400 mM NaHCO3 中,包括可变量的 NaCl (2-4%)在产品中。 |
表1:制备人工血餐的食谱(改编自科根(1990)22)。人造血液由人类血液中经常发现的蛋白质和非蛋白质成分组成,并提供改变这些成分比例的选择。蚊子可以产生鸡蛋后,喂养人工血液7,22。
盐粉 | |||
组件 | 库存解决方案的集中 (mM) | 膳食中库存解决方案的体积 (μL/mL) | 最终膳食浓度 (mM) |
Nacl | - | - | - |
纳科3 | 400 | 300 | 120 |
Atp | 200 | 5 | 1 |
水 | - | 695 | - |
表2:与ATP的盐水餐食谱(改编自杜瓦尔等人(2019)7)。无蛋白盐水餐可用于向蚊子提供感兴趣的化合物,同时仍模仿血液喂养后发生的腹部分化,但不会触发蛋白质摄入时发生的卵子发育。
对于许多实验室应用,人工膜喂食器通过让研究人员能够直接操纵餐食内容,与活体宿主相比具有明显的好处。虽然有多种方法可用于人工膜喂养,但此处描述的方法在灵活性、成本和吞吐量方面具有优势。与其他商业膜喂食器相比,Glytube检测需要少量的膳食量,通过最小化所需的总体积7,35,使其成为昂贵的试剂(包括药物或病原体)的有效输送机制。由于无蛋白盐水和人工血餐都促进活力,化合物或病原体可以添加到任何一餐作为高通量和非侵入性替代注射。此外,Glytube 的每个组件都很容易被洗涤、更换或放大,以提供和量化多种膳食类型,而不会交叉污染喂养设备。
为了量化蚊子的膳食量,荧光法比在喂食前后称量蚊子更精确的膳食大小量化。应当指出,这种方法是一种终点检测。相比之下,称量使蚊子能够存活下来进行进一步的实验。通过使用板式读取器,基于荧光的方法可以轻松扩展,以高通量量化数百名女性食用的膳食。
为了达到高喂养率,必须存在足够的宿主提示组合,以激活女性寻宿主行为,并吸引女性到喂食器。如果蚊子没有挤在 Glytube 下面,膳食可能无法适当加热,或者二氧化碳 的输送可能不够。在膜表面添加人类气味可可靠地增加人造膜的吸引力。如果在 Glytube 下观察到蚊子,但无法进食,则膳食成分可能有错。如果膳食本身不温暖,血液太旧,或者如果膳食中的添加剂本质上是反常的,或引起不良的化学反应,女性可能无法进食。额外的ATP还可以可靠地提高喂养率,并且可以在所提供的每个食谱中扩展到2mM的最终浓度。如果准胶片没有拉紧格莱图帽,女性可能无法进食:护身膜应均匀透明,不应扣扣,因为这样可以防止女性能够有效地用她的风格刺穿准胶片。如果餐食通过 Glytube 泄漏到网状物上,则准胶片可能在拉伸过程中撕裂,应更换。
改变膳食成分还可以使研究人员能够操纵从中餐中清除膳食所需的时间长度以及随后的寻宿行为。这里提供的膳食需要24-36小时消化7 类似于动物源性血液。吃完这些饭菜后,雌性会在消化时间窗口内抑制寻找宿主。由于盐水餐缺乏蛋白质,女性在餐后返回寻求宿主。如果更快的回报是可取的,研究人员可以选择替代"快速清除"盐水餐,排泄在大约6小时27。虽然这里呈现的盐粉成分与人工血餐直接比较结果,但"快速清除"膳食更符合脊椎动物血液中的生理盐含量。
此处描述的方法有局限性,在选择最适合研究人员实验目标的测定之前应考虑这些限制。所述的荧光素测量不允许蚊子再次用于额外的实验。但是,可以使用荧光素检测在膳食大小量化之前进行体重测量。如果给定膳食的多个试验中体重和膳食大小是一致的,则重量可以用作未来实验的代理。此外,该议定书没有区分寻求宿主和喂血行为的缺陷:发现膜喂食器有损伤的蚊子会降低进食率和/或膳食大小。通过添加摄像头来记录整个测定过程中的行为,研究人员可以确定雌性是否找不到Glytube,或者他们是否找到了Glytube,但不会进食。
此处描述的检测可以适应探索与蚊子喂养行为相关的许多未决问题。例如,可以通过改变成分蛋白的比例或人工血餐中蛋白质总浓度来探讨特定血液蛋白的贡献。为了评估多个喂养事件的膳食大小,可以添加具有明显荧光光谱的染料,以区分膳食与独特来源37。该协议也可以修改,以单独刺激内口部分检测血液和用于摄入(即风格),和化疗附属物接触皮肤(即阴唇,腿)作为蚊子土地开始血液喂养36。例如,如果将配体直接添加到膳食中,它们不会接触阴唇和腿部,因为膜仅通过样式穿孔。如果配体被添加到副膜的外表面,他们仍然与膳食分离,并可能接触的实验室和腿36。最后,对血液喂养行为的详细动能没有很好的理解,这里提出的方法可以修改为将高分辨率跟踪与机器学习工具相结合,以提取运动、姿势和喂食动力学的行为读数38。
该协议旨在用户友好且具有成本效益,能够为使用药理学和基因操作来研究蚊子血液喂养和血液喂养后行为的研究人员提供服务。
作者没有什么可透露的。
我们感谢尼朋·巴斯鲁尔、阿德里亚娜·罗萨斯·维尔加斯、纳达夫·沙伊和特雷弗·索雷尔对手稿的评论,以及宫中燕和基罗洛斯·巴苏姆的技术援助。我们感谢亚历克斯·威尔德在 图1中使用的照片。K.V.得到了博林格·英格尔海姆基金会博士奖学金的支持。V.J.部分得到NIH T32-MH095246的支持。这项工作的部分支持来自洛克菲勒大学从霍华德休斯医学研究所通过詹姆斯H.吉利亚姆高级研究奖学金计划到V.J.该材料基于国家科学基金会研究生研究奖学金计划支持的工作,该奖学金项目由第1号赠款公司提供。NSF DGE-1325261 到 V.J.本材料中表达的任何意见、发现、结论或建议均为作者的意见,不一定反映国家科学基金会的观点。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
15 mL conical tubes | Fisher Scientific | 14-959-70C | |
3 mm diameter borosilicate solid-glass bead | MilliporeSigma | Z143928 | For use for bead mill homogenizer; not required if using pellet pestle grinder |
32 oz. high-density polyethylene (HDPE) plastic cup | VWR | 89009-668 | Example mosquito container used for feeding assays shown; alternate options can be used |
50 mL conical tubes | Fisher Scientific | 14-959-49A | |
96-well black polystyrene plate | ThermoFisher | 12-566-09 | |
96-well PCR plate sealing film | Bio-Rad | MSB1001 | Alternate options can be used |
96-well PCR plates | Bio-Rad | HSP9621 | Alternate options can be used |
Adenosine 5′-triphosphate (ATP) disodium salt hydrate | MilliporeSigma | A6419 | |
Albumin (human serum) | MilliporeSigma | A9511 | |
Aluminum foil | Fisher Scientific | 01-213 | Alternate options can be used to block light entering fluorescein container |
Balance | Fisher Scientific | 01-911 | Alternate options can be used |
Bead mill homogenizer | Qiagen | 85300 | Not required if using pellet pestle grinder |
Cotton ball | Fisher Scientific | 22456880 | For nectar-feeding; alternate options can be used |
Defibrinated sheep blood | Hemostat Laboratories | DSB100 | Alternate options can be used |
Drosophila CO2 fly pad | Tritech Research | MINJ-DROS-FP | Alternate options can be used |
Fluorescein | MilliporeSigma | F6377 | |
Fluorescence plate-reader | ThermoFisher | VL0000D0 | Alternate options can be used |
Gamma-globulin (human blood) | MilliporeSigma | H7379 | |
Glycerol | MilliporeSigma | G7893 | |
Hemoglobin (human) | MilliporeSigma | G4386 | |
Laboratory wrapping film - parafilm | Fisher Scientific | 13-374 | |
Magnetic stirrer | Fisher Scientific | 90-691 | Alternate magnetic stirrers can be used |
Microcentrifuge for 96-well plate | VWR | 80094-180 | Alternate options can be used |
Microcentrifuge Tubes | MilliporeSigma | 2236412 | Alternate options can be used |
Pellet pestle grinder | VWR | KT749521-1500 | Not required if using bead mill homogenizer |
Phosphate buffered solution (PBS) | Fisher Scientific | BW17-516F | Optional |
Razor blades | Fisher Scientific | 12-640 | Alternate options can be used, such as a lathe for better consistency of cutting |
Rubber bands | |||
Silicone tubing | McMaster Carr | Needed if using a fly pad for CO2 delivery | |
Sodium bicarbonate (NaHCO3) | Fisher Scientific | S233 | |
Sodium chloride (NaCl) | MilliporeSigma | S9888 | |
Stir bars | Fisher Scientific | 14-512 | Alternate magnetic stir bars can be used |
Translucent polypropylene storage box with removable lid | Example box used for feeding assays shown | ||
Vortex mixer | |||
Water bath | Alternate heating device may be used | ||
White 0.8 mm polyester mosquito netting | American Home & Habit Inc. | F03A-PONO-MOSQ-M008-WT | Alternate options can be used |
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