Method Article
מחלת ליים היא המחלה וקטור הנישא ביותר המדווח בדרך כלל בצפון אמריקה. הסוכן סיבתי, Borrelia burgdorferi הוא חיידק החיידק מועבר על ידי קרציות Ixodid. הילוכים וזיהוי של זיהום במודלים של בעלי חיים מותאם על ידי השימוש בהאכלה לתקתק, שאנו מתארים כאן.
הילוכים הסוכן האטיולוגי של מחלת ליים, Borrelia burgdorferi של, מתרחש על ידי ההתקשרות והאכלת דם של מיני קרצית קרציות על מארחים של יונקים. בטבע, פתוגן חיידקי zoonotic זה עשוי להשתמש במגוון של מארחים מאגר, אך העכבר הלבן רגל (leucopus Peromyscus) הוא המאגר העיקרי לקרציות זחל וnymphal בצפון אמריקה. בני אדם הם מארחים מקריים בתדירות הגבוהה ביותר נגועים ב ' burgdorferi ידי עקיצת קרציות בשלב nymphal. B. burgdorferi מתאים את עצמו למארחיו לאורך כל מחזור enzootic, ולכן את היכולת לחקור את הפונקציות של החיידקים הללו ואת ההשפעות שלהם על מארחים יונקים דורשת שימוש בהאכלה לתקתק. בנוסף, הטכניקה של xenodiagnosis (באמצעות הווקטור הטבעי לאיתור ושחזור של גורם מזהם) כבר שימושית במחקרים של זיהום מסתורי. על מנת לקבל nymphal קרציות שB. הנמל burgdorferi,קרציות נמאס חיידקים חיים בתרבות דרך צינורות נימים. שני מודלים של בעלי חיים, עכברים וקופים לא אנושיים, הם נפוצים ביותר ללימודי מחלת ליים מעורבים האכלה לתקתק. אנו מדגימים את השיטות שבן יכולות להיות מוזנת קרציות אלה עליו, והתאוששו מבעלי חיים לאף אחד מזיהום או xenodiagnosis.
ב2011, מחלת ליים הייתה המחלה ארצית Notifiable הנפוצה ביותר 6 בצפון אמריקה (http://www.cdc.gov/lyme/stats/index.html). B. burgdorferi הוא חיידק צדדי, שניהם מבחינה גנטית וantigenically (הנסקרת ב 1). החוקה הגנטית שלו כוללת כרומוזום גדול (> 900 KB) ועד 21 פלסמידים (12 ליניארית, עגול 9), עם התוכן משתנה בין פלסמיד מבודד. זה יותר מה ללמוד על החיידק זה, כמו מעל 90% ממסגרות הקריאה פתוחה פלסמיד אינם קשורים לכל רצפים חיידקים ידועים 2,3. B. burgdorferi מציג מגוון רחב של אנטיגנים כמטרות פוטנציאליות של חסינות מארחת. עם זאת, זיהום שלא טופל נמשך לעתים קרובות. האינטראקציה של חיידקים עם המילייה תקתק וסביבת מארח החוליות מחייבת הסתגלות על ידי ב ' burgdorferi לאורך כל תהליך הזיהומים. בקידוד פלסמיד כמההגנים ידועים לבוא לידי ביטוי באופן דיפרנציאלי בתגובה לשינויים בטמפרטורה, pH, צפיפות תאים ואף שלב של מחזור החיים של קרצית 4-8.
המחקר של B. הסתגלות burgdorferi לאורך מחזור enzootic, ותגובות מארח בעקבות זיהום על ידי התוואי הטבעי מסתמך על היכולת להאכיל קרציות במודלים של בעלי החיים מתאימים. מחקרים כאלה נתקלים באתגרים הטכניים של יצירת קרציות כי נמל B. burgdorferi, ולהבטיח את העברת ו / או האכלה היעילה של קרציות במחשב המארח למופת. בנוסף, הבלימה וההתאוששות של קרציות נגועות היא חיונית. בין הדגמים השתמשו בעכברים וקופים לא אנושיים, כל אחד מהם משמש ככלי חשוב במחקר הם מחלת ליים. כמו עם העכבר לבן רגל, שהוא מארח מאגר טבעי לB. burgdorferi, עכבר המעבדה הוא מארח רגיש מאוד שתומך בזיהום מתמשך של ב ' burgdorferi 9. תחשיב היחסיםגעיית זיהום של עכברי מחלה רגישה, כגון מתח C3H, החיידקים להפיץ לרקמות רבות, כוללים העור, שלפוחית השתן, שרירים, מפרקים ולב. תגובות דלקתיות לזיהום להוביל ללב חולה ורקמת מפרקים. בעוד שהחיידקים להתמיד במארח זה ולהישאר זיהומיות, נגעים דלקתיים יכולים להיות לסירוגין, לא בניגוד לתהליך בבני אדם. מודל העכבר ובכך סיפק מידע רב על B. הפתולוגיה מושרה burgdorferi, כולל דלקת פרקים וcarditis ולארח תגובות חיסוניים 10-12. מנקודת המבט של הפתוגן, גנים מסוימים מתבטאים באופן דיפרנציאלי במהלך הדבקה של יונקים היו מאופיינים, כפי שיש לי כמה נחוץ להעברה מוקטור תקתק 13-21.
למרות שכמה מינים של בעלי חיים ששמשו במחקר מחלת ליים 22, קופי רזוס לחקות באופן קרוב ביותר את האופי רב איבר של מחלות אנושיות 23. בניגוד לאחריםמודלים של בעלי חיים, ורוחבה של ביטויי מחלה כגון migrans אודם, carditis, דלקת פרקים, ונוירופתיה של מערכת עצבים ההיקפית ומרכזית שנצפו בקופי מקוק. בעכברים, מארח המאגר לB. burgdorferi, מחלה משתנה לפי זן עכבר וגיל 24, תוך הגילויים מוקדם והופץ מאוחר הם 9 נדירים. בנוסף, מכרסמים אחרים, lagomorphs, וניבים כל נכשלים להפגין מחלה נוירולוגית מB. זיהום burgdorferi 25. חשוב לציין, קופי מפגין סימנים שאופייניים לכל שלושת השלבים של borreliosis ליים, כלומר,, הופץ מוקדם מוקדם מקומי, ושלב מאוחר מחלת ליים 26-28. migrans אריתמה (EM) הוא חשב להתרחש ב70-80% מהמקרים אדם 29, ובא לידי הביטוי גם בקופי רזוס 28,30. בעקבות זיהום, החיידקים להפיץ מהאתר של חיסון לאיברים מרובים. Spirochetal DNA זוהה בmu השלדscles, לב, שלפוחית השתן, עצבים היקפיים ומקלעת, כמו גם במערכת העצבים המרכזית (מוח, גזע המוח ומוח קטן, בעמוד השדרה, ומאטר דורה) ביום 31.
סמן האכלה על עכברים נוצלה על ידי בנו וצוות מחקר נוסף להתפשטות של מושבות לתקתק, ביכולת מאגר מלומדת 32-36 ובמחקרים של B. burgdorferi פתוגנזה 37-40. טכניקה זו שימשה גם לxenodiagnosis ובדיקה של יעילות חיסון בעכברי 41-44. יש לנו נמאס קרצית קרציות על פרימטים לא אנושיים לפיתוח מודל 28, מחקר של יעילות חיסון 45, ולxenodiagnosis בהערכה של טיפול אנטיביוטי שלאחר התמדת 46. קרציות שB. הנמל יכול להישמר burgdorferi במחזור enzootic טבעי על ידי האכלת זחלים על עכברים נגועים ובאמצעות נימפות ללימודים, כפי שמועברים החיידקים בשלבי החיים. בדוח זה, אנו מורים על איך ליצור קרציות נגועים בסוג בר או B. המוטציה burgdorferi, באמצעות נימי צינור האכלה. זה גם יכול להתבצע על ידי microinjection 47 ועל ידי טבילה 48. מטרתו של מבוא המלאכותי של B. burgdorferi לקרציות יכולה להיות ללמוד זנים מוטנטים יכולת העברתו אינו ידוע, כדי ליצור קבוצה של קרציות עם שיעור זיהום גבוה, וכדי להפחית את הפוטנציאל לטעויות על ידי שמירה על מושבה תקתק נקייה ואחר נגוע. בנוסף, אנו מדגימים האכלה לתקתק על עכברים וקופים לא אנושיים, כדי להבטיח בלימה והתאוששות של קרציות הרצופה. השימוש בהאכלה לתקתק הוא חיונית למחקרים עתידיים של מערכת החיסונית ל-B זיהום burgdorferi, יעילות חיסון ליים פוטנציאלית, וxenodiagnosis לגילוי זיהומי תורת הנסתר.
מתווה ניסוי של חיסון לתקתק והאכלה על בעלי חיים למחקר מחלת ליים מתוארת באיור 1.
1. Nymphal קרצית Inoculating קרציות עם B. burgdorferi באמצעות צינור האכלה בנימים
בעת ביצוע מניפולציות עם קרציות, חלוקי מעבדה לבנים עם שרוולים אלסטיים, כפפות, כובעים נפוחים חד פעמי הם שחוקים.
2. הדבקה של עכברים עם B. burgdorferi ידי Tick
3. האכלת קרציות על פרימטים לא אנושיים לזיהום עם B. burgdorferi או xenodiagnosis
הערה: לעתים קרובות, מכשיר הבלימה יכול להיות פשוט התקלף מהעור. אם ההידבקות היא חזקה ועלולה לגרום נזק לעור, ממס Unisolve מוחל על האזור להסרת עדינה. העור הוא ניגב עם isopropanol וקרציות מאוחסנים ב23 ° C. אם משתמש בו לזיהום, ניתן לכתוש קרציות כדי לאשר את המספר שהכיל B. burgdorferi. אם משמש לxenodiagnosis, קרציות נשמרות עבור 1-3 שבועות לפני הניתוח של תוכן midgut.
בעקבות השלמת האכלת נימים, קרציות הם נחו בדרך כלל ב23 מעלות צלזיוס למשך 2-3 שבועות לפני שהם מוזנים בבעלי חיים לצורך השידור. באמצעות טכניקת נימי ההאכלה, מצאנו כי מעל 90% מהפד קרציות B. נמל burgdorferi. אחוז קרציות החיובית נקבע על ידי שטיפת קרציות בחמצן ואתנול, ולאחר מכן ריסוקם בPBS סטרילי עם העלי בצורת צינור microfuge. תוכן midgut נשפך לתוך PBS הם קבועים בשקופיות ומוכתמות עם נוגדן מינים אנטי Borrelia שהוא מצומדת-FITC. מריחות midgut תקתק נציג שנצפו על ידי מיקרוסקופ פלואורסצנטי מתוארות באיור 2 ב-ג
שיעורי זיהום עכבר עם B. סוג בר B31 מתח המעבר הנמוך burgdorferi קרוב 100%. שילוב של סרולוגיה ותרבות של B. burgdorferi מרקמות עכבר משמש כדי לקבוע אם כל עכבר הפך נגוע. Showi כתם מערביתגובות נוגדנים בסרום ng מעכברים נגועים ב ' burgdorferi ידי תקתק מוצג באיור 3 ג. טכניקה זו נעשתה שימוש כדי לבחון את יכולת ההעברה והדבקה של B. המוטציה burgdorferi זני 37-39.
יש לנו בשימוש האכלה לתקתק על פרימטים לא אנושיים לזיהום ולxenodiagnosis. נעשו מאמצים כדי לשפר את ההאכלה לתקתק והתאוששות של קרציות האכילה באופן מלא על ידי יישום התקן בלימת דש. מוצר הדש משמש ליישום של רימות רפואיות בבני אדם, אבל יש לנו שונה זה לתקתק האכלה על פרימטים. במחקרים קודמים, שאנו מנוצלים כמוסה קשה להכלה לתקתק 27,28,45,46 והשגנו שיעור ממוצע האכלה (# האכיל קרציות / # קרציות הוסיפו לכמוסות) של 35.2%, הנע בין 23.5-52.5%. במחקרי זיהום, שיעורי העברת (# בעלי חיים נגועים / # נמאס על) בממוצע 86.5%. בניסויים נוספים אחרונים, שיעורי ההאכלה באמצעות LeFlap היו בין 50-90%. במקרים נדירים, תוך שימוש בשיטה הקודמת, קרציות שזחל מתחת לכמוסה ולסרט הדביק, שבו הם לייבש ולמות. באמצעות דש ההאכלה המשופרת ומספר שכבות של דבק שמרו קרציות הכילה.
בנוסף לצביעת ניאון ישירה של הכנת midgut תקתק (איור 2 ב-C), ניתן להשתמש בשיטות רגישות יותר לזיהוי ב burgdorferi בתוך קרציות. זיהוי מולקולרי יכול, וכבר בשימוש כדי לזהות B. burgdorferi הספציפי DNA 42,50,51 עם PCR רגיל או כמוני. מטרות משותפות לגילוי הן רופס 46,50, OspC 46 וOspA 42,51 גנים. הכדאיות של חיידקים התאוששו גם נבדקה על ידי התרבות של הכנות midgut וxenodiagnostic האכלה קרציות על עכברים נאיביים 42.
"/> Iles/ftp_upload/50617/50617fig1.jpg
איור 1. האכלת קרציות בבעלי חיים לשידור של burgdorferi Borrelia. תכנית כוללת של הטכניקות מעורבות בהאכלה קרציות על בעלי חיים ללימודי מחלת ליים. קרציות הן תרבויות-fed צינור נימים של B. burgdorferi ויכול להיות מוזן על מודלים של בעלי חיים של מחלת ליים, כגון עכברים וקופים לא אנושיים (קופיים רזוס). לחץ כאן כדי להציג דמות גדולה.
איור 2. שיטת צינור ההאכלה בנימים והתוצאות.) המנגנון המשמש כדי להאכיל קרציות בהראתה, עם תצוגה מוגדלת של הצינור לתקתק ונימים בצד הימין. לפנה"ס) תמונות מייצגות מmidguts של קרציות נמאס B. burgdorferi. SME midgutערס הוכתמו עם נוגדנים נגד Borrelia מיני FITC polyclonal (מעבדות Kirkegaard & פרי) ומוצג תחת מיקרוסקופ פלואורסצנטי.
איור 3. תקתק scapularis קרצית האכלה בעכברים מעבדה.) כליאה מיוחדת לעכברים כאשר המשמשים להזנה לתקתק. רצפת החוט מוגבהת מעל סיר עם מים כדי לאסוף קרציות. עכבר הרדים שמוצג בתמונה בצד ימין. ב ') מיכלי האחסון המשמש לקרציות. C) immunoblots נציג מעכברים הנגועים בקרציות. סרום מהיום 21 לאחר הזיהום שימש לבדיקת כתמים המכילים B. lysates burgdorferi וחלבון רקומביננטי OspC, אנטיגן immunodominant.
איור 4. תרשים של מכשיר בלימת הטיק משמש להזנת קרציות בקופי רזוס. השכבה הראשונה מורכבת מקצף Biatane. הדש ממוקם בחלק העליון של הקצף וDuoderm הוא השכבה השלישית. לחץ כאן כדי להציג דמות גדולה.
איור 5. קרצית scapularis על קופי רזוס האכלה לתקתק.) מכשיר הבלימה המוחלט. B, C צפיות) של קרציות האכלה דרך המכשיר, ולאחר הפינוי של הדש. ד ') באתר של האכלת תקתק לאחר פינוי מלא מכשיר.
על מנת לקבל קרציות שB. הנמל burgdorferi ללימודים במורד הזרם, קרציות יכולות להיות: (1) האכיל בעכברים נגועים בשלב הזחל, (2) שקוע בB. תרבויות burgdorferi בבית או בשלב הזחל או nymphal 48; (3) microinjected עם B. burgdorferi 47, או (4) ב-fed צינור נימים burgdorferi 49. למרות שכל אחת מהשיטות הללו יש את מטרתו, להבטיח כי חלק גדול של קרציות לשמש לB. נמל זיהום burgdorferi, אנו דוגלים האכלת צינור נימים. אם חיסון עם כמויות ידועות של חיידקים אינו נדרשים, ייתכן שיש לי שיטות נימי ההאכלה פחות פוטנציאל לנזק לקרציות. זה הוא בעל חשיבות אם הם להיות מוזנים על בעלי חיים. שיטה זו גם עשויה להיות מועדפת אם החוקרים בודקים מוטציות ליכולת העברה / infectivity. זה חשוב להכיר בצמיחה שבתרבות יכולה לגרום לאובדן פלסמיד 52, ולכן השימוש שלב מעבר נמוך burgdorferi הוא חיוני. כמו כן, הבינוני והצפיפות של חיידקים היא מלאכותיים על הקדמה, ולכן לא אמורה לשמש קרציות מייד האכלת פוסט נימים. במקום זאת, לתקופה של לא פחות מ 2 שבועות מותרת לחיידקים להסתגל לmicroenvironment הסימון שלפני השימוש בניסויים.
כאשר האכלת קרציות על עכברים, אין צורך לגלח את העכברים מראש. במחקר קודם ב( לא פורסם), אשר בקשנו לבחון את ההשפעות של רוק לתקתק על עור, הגילוח היה הכרחי. בעשותו כן, ודלפק באופן אינטואיטיבי, גילו שקרציות:) לצרף בקלות לעור נטול שיער, ב) יש שיעור גבוה האכלה, וג) הן לעין בקלות. שיעורי ההאכלה להשתנות תלוי אם זחלים או נימפות משמשים אבל הם באופן עקבי מעל 50% כאשר נימפות משמשות. ככזה, גילוח עכברים לפני ההאכלה הפך מנהג נפוץ במעבדה שלנו, לא רק לניסויים, אלא גם להתפשטות של המושבה.
בעבר, בחטיבה שלנו בתיאטרון הלאומי הפרימאטים מרכז המחקר טוליין, 34 קופים כבר נמאס על ידי 770 נימפות קרצית ב5 מחקרים שונים. סמן שיעורי האכלה (# נמאס / # הוסיף לכמוסות) 35.2% ממוצע, הנעים בין 23.5-52.5%. במחקרי זיהום, שיעורי 86.5% ממוצע השידור. , במחקר פיילוט האחרון (לא פורסם) סמן האכלת שיעורים מגוונים 5-75% וללא התנגדות להאכלה הבאה הייתה ברורה. עם זאת, שיעורי ההצלחה בין ניסיונות 2 ו -3 היו שונים באופן משמעותי, בהם שיעור האכלה היה גבוה יותר עבור ניסיון 3 rd מאשר לnd 2. קרציות "ניסיון 2" שוכנו בטמפרטורת הסביבה זמן רב יותר מאשר "ניסיון 3" קרציות. הגורם החשוב ביותר שמצאנו שמשפיע על האכלה לתקתק הוא גיל תקתק והסביבה מראש ניסוי. מי שמר על 4 מעלות צלזיוס לאחר נשירה, עד זמן קצר לפני השימוש, בדרך כלל להאכיל טוב יותר. ככזה, אנו ממליצים ברציפות הפצת קרציות, אחסונם accordingly ויש להם שני מגרשים נפרדים של קרציות זמינות בעת ביצוע האכלה על בעלי חיים.
האכלה במחקר האחרון שלנו (לא פורסם) השווינו קרציות על קופי באמצעות הכמוסה הקשה להאכלה עם מכשיר הדש. עשרה קופים הואכלו על פעם אחת עם כמוסות ופעמים עם LeFlap. בקבוצה זו של ניסויים, צפינו ושיעור ממוצע האכלה של 17% (טווח 5-25%) עם קפסולות ושיעור ממוצע של 54.75% (טווח 35-90%) עם הדש. אנו משערים ש שטח הפנים הרחב יותר להאכלה לתקתק והשימוש המופחת של דבקים קשים משפר את ההאכלה. שימוש בבלימת הדש גם מאפשרת לחוקרים גם לתת קרציות להאכיל יותר או להוסיף עוד קרציות, כמו התקתוק ניתן להסיר ללא ההסרה של המכשיר כולו. לבסוף, למרות שהדבקים עלולים לגרום לגירוי עור עדין בחלק מבעלי החיים (שעלול להשפיע או לעורר תגובות חיסוניים עורית) מכשיר הדש עצמו עשוי להיות מוגבל, אם בכלל, אי נוחות לבעלי החיים.
החוקרים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.
המחברים מבקשים להודות ניקול Hasenkampf ואמנדה Tardo לקבלת תמיכה טכנית. אנו מודים גם לבני זוג. לינדן הו ואדריאנה Marques להמלצה של מכשיר בלימת LeFlap, וד"ר ליזה Gern להוראה בשיטת האכלת נימים. עבודה זו נתמכה על ידי NIH / NCRR גרנט 8 P20 GM103458-09 (MEE) ועל ידי המרכז הלאומי למשאבי מחקר והמשרד לתוכניות תשתיות מחקר (ORIP) של מכוני בריאות הלאומיים באמצעות P51OD011104/P51RR000164 מענק.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Reagent | |||
BSK-H | Sigma | B-8291 | |
Ketamine HCl | |||
Tangle Trap coating Paste | Ladd research | T-131 | |
SkinPrep | Allegro Medical Supplies | 177364 | |
LeFlap, 3" x 3" | Monarch Labs | ||
Hypafix tape | Allegro Medical Supplies | 191523 | |
SkinBond | Allegro Medical Supplies | 554536 | |
UniSolve | Allegro Medical Supplies | 176640 | |
Biatane Foam, adhesive 4"x4" | Coloplast | 3420 | |
DuoDerm CGF Dressing - 4" x 4", (3/4)" adhesive border | Convatec | 187971 | |
Nonhuman primate jackets with flexible 2" back panels; add drawstrings at top and bottom | Lomir Biomedical Inc. | ||
EQUIPMENT | |||
Pipet puller | David Kopf Instruments | Model 700C | |
Dark field microscope | Leitz Wetzlar | Dialux | |
Dissecting microscope | Leica | Zoom 2000 | |
Mouse caging | Allentown caging |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved