مقالة منهجية

وجهات نظر منهجية جديدة في دراسة بيولوجيا البعوض

2.5K مشاهدة

⸱

DOI:

10.3791/64602

⸱

أغسطس 11, 2022

 , 
1W. Harry Feinstone Department of Molecular Microbiology and Immunology, Johns Hopkins Malaria Research Institute, Bloomberg School of Public Health, Johns Hopkins University, 2Department of Entomology & Nematology, Florida Medical Entomology Laboratory, Institute of Food and Agricultural Sciences, University of Florida

في هذه المقالة

الملخص

المقالات التي تمت مناقشتها:

بوي ، إم ، لي ، إم ، رابان ، آر آر ، ليو ، إن ، أكبري ، أو إس تقنيات الحقن المجهري للأجنة من أجل الطفرات الفعالة الخاصة بالموقع في Culex quinquefasciatus. مجلة التجارب المرئية. (159) ، e61375 (2020).

Carballar-Lejarazú ، R. ، Pham ، T. B. ، Bottino-Rojas ، V. ، Adolfi ، A. ، James ، A. A. التجارب المختبرية للأقفاص الصغيرة على بعوض الأنوفيلين المعدل وراثيا. مجلة التجارب المرئية. (171) ، e62588 (2021 أ).

Carballar-Lejarazú ، R. ، Tushar ، T. ، Pham ، T. B. ، James ، A. A. طريقة الحقن المجهري لأجنة Anopheles gambiae . مجلة التجارب المرئية. (173) ، e62591 (2021 ب).

تشين ، تي واي وآخرون. بروتوكول استخراج الحمض النووي للبعوض القائم على الخرزة المغناطيسية لتسلسل الجيل التالي. مجلة التجارب المرئية. (170) ، e62354 (2021).

جريجسبي ، إيه ، كيلي ، بي جيه ، سانكرينت ، إن دي ، بيكنيل ، جي جيه ، شورت ، إس إم انتشار الطفيلي الميكروسبوريديان Edhazardia aedis في بعوض الزاعجة المصرية . مجلة التجارب المرئية. (162) ، e61574 (2020).

جنسن ، بي إم وآخرون. المقايسة الحيوية للتطبيق الموضعي لقياس سمية المبيدات الحشرية للبعوض وذباب الفاكهة. مجلة التجارب المرئية. ( 179) ، e63391 (2022).

Jové، V.، Venkataraman، K.، Gabel، T.M.، Duvall، L.B. تغذية وقياس الدم المشتق من والوجبات الاصطناعية في بعوض الزاعجة المصرية . مجلة التجارب المرئية. (164) ، e61835 (2020).

لاجيفاردي ، أ. ، سجادي ، ف. ، دونيني ، أ. ، بالوزي ، جي بي ف. دراسة نشاط الببتيدات العصبية والمنظمين الآخرين لجهاز الإخراج في البعوض البالغ. مجلة التجارب المرئية. (174) ، e61849 (2021).

ليو ، إكس وآخرون. فحص التغذية البكتيرية عن طريق الفم مع البعوض المعالج بالمضادات الحيوية. مجلة التجارب المرئية. (163) ، e61341 (2020).

Meuti، M.E.، Harrell، R. تحضير وحقن أجنة بعوض Culex لتوليد طفرات فارغة باستخدام CRISPR / Cas9. مجلة التجارب المرئية. (163) ، e61651 (2020).

تريباثي ، إيه كيه ، ملامبو ، جي ، كاناتاني ، إس ، سينيس ، ب. ، ديموبولوس ، ج. ثقافة الخلايا المشيجية المنجلية وعدوى البعوض من خلال تغذية الغشاء الاصطناعي. مجلة التجارب المرئية. (161) ، e61426 (2020).

تسوجيموتو ، إتش ، أدلمان ، ز. ن. تحسين الخصوبة ومقايسة الخصوبة للزاعجة المصرية باستخدام 24 لوحة زراعة الأنسجة البئر (لوحات EAgaL). مجلة التجارب المرئية. (171) ، e61232 (2021).

وانغ ، إكس وآخرون. التعبير غير المتجانس والتحليل الوظيفي لمستقبلات رائحة الزاعجة المصرية للروائح البشرية في بويضات Xenopus . مجلة التجارب المرئية. (172) ، e61813 (2021).

افتتاحية

مسببات الأمراض التي ينتقل عن طريق البعوض مسؤولة عن ملايين العدوى البشرية كل عام. لمحاربة الأمراض التي تسببها هذه مسببات الأمراض مثل الملاريا وحمى الضنك1،2،3 ، يعمل الباحثون على تعزيز فهم بيولوجيا البعوض وتطوير أدوات جديدة لمكافحة البعوض4،5،6. تسهل هذه المجموعة البحوث الجديدة في هذه المجالات من خلال التقدم المنهجي الذي يشمل بيولوجيا البعوض ، ومكافحة البعوض ، وعدوى مسببات الأمراض ، وتكوين البعوض.

يصف جنسن وآخرون 7 مقايسة نشاط المبيدات الحشرية في البعوض وذباب الفاكهة التي تنطوي على تطبيق موضعي مباشر للمبيدات الحشرية وإجراء تحديد الجرعة بناء على كتلة الحشرات. تغطي المقالة تحضير مساحة العمل والمحاليل الكيميائية ، وتطبيق المبيدات الحشرية ، وفحص بقاء الحشرات بعد التعرض. تسهل منهجية التطبيق الموضعي التعرض المستمر لجرعات محددة من المبيدات الحشرية ، مما يقلل من التباين بين الأنواع وبين المقايسات ، والذي سيكون ذا أهمية كبيرة لأولئك الذين يشاركون في مكافحة حشرات الآفات أو التحقيق في مقاومة المبيدات الحشرية في مجموعات البعوض.

يسلط Chen et al.8 الضوء على بروتوكول استخراج الحمض النووي البسيط والقابل للتتبع وعالي الإنتاجية لعينات البعوض لتسلسل الجينوم الكامل ، باستخدام حبات ربط الحمض النووي المغناطيسي. يتضمن البروتوكول تجانس العينة وعملية الاستخراج الكاملة. يعزز هذا النهج طريقة استخراج الحمض النووي عالية الإنتاجية ، ولكن قابلة للتكرار بدرجة كبيرة ، وهي مناسبة للمختبرات محدودة الموارد. سيثير اهتمام أولئك الذين يعملون مع تطبيقات جينوم البعوض ، خاصة مع مستحضرات الحمض النووي للبعوض الميداني.

تغطي العديد من المقالات في المجموعة التطورات المنهجية المرتبطة بدراسة بيولوجيا البعوض. يصف Jové et al.9 القياس الكمي عالي الإنتاجية والقائم على التألق لأحجام الوجبات للبعوض الاصطناعي الذي يتغذى على النظام الغذائي. ويشمل إعداد الوجبات ، وإضافة صبغة الفلورسين ، وتوصيل الوجبة على نظام تغذية منخفض التكلفة ، متبوعا بتحديد حجم الوجبة في عينات البعوض التي تتغذى. تسمح المنهجية الموصوفة بالتقييم الفعال لتغذية البعوض ، مع الصلة بفحوصات التغذية التي تتضمن الوجبات الغذائية الاصطناعية أو الدم أو السكر أو الرحيق. سيكون ذا قيمة لأولئك الذين يدرسون سلوك تغذية الحشرات. يحدد تسوجيموتو وأدلمان10 تقنية جديدة لفحص خصوبة البعوض وخصوبته باستخدام ألواح زراعة الخلايا المملوءة بالاغاروز المكونة من 24 بئرا. يفصل البروتوكول إعداد اللوحة ، وتغذية البعوض ، والتبيض ، وتصوير اللوحة ، والحصول على البيانات. إنه يقلل من الوقت والمكان والعمالة مقارنة بالمنهجية التقليدية ، وسيجذب اهتمام الباحثين الذين يقيمون لياقة البعوض أو الأساس الجزيئي لتكاثر البعوض. يستخدم Lajevardi et al.11 مقايسة رامزي لدراسة نقل الأيونات وإفراز السوائل في أنسجة إفراز البعوض. يتكيف البروتوكول مع مقايسة رامزي للاستخدام مع كمية صغيرة من أنسجة الحشرات ، ويناقش أيضا تحضير ومعايرة الأقطاب الكهربائية ، وإعداد أنسجة البعوض للمقايسة ، وتسجيل القراءات من الأنابيب المالبيغية والأنسجة الهضمية. سيثير هذا البروتوكول اهتمام أولئك الذين يعملون في مجال الهضم أو أنظمة الإخراج وتنظيم الببتيدات العصبية / الغدد الصماء لأنسجة الحشرات. يصف Wang et al.12 التعبير غير المتجانس عن Ae. aegypti مستقبلات الرائحة في بويضات Xenopus لتقييم استجابتها للروائح البشرية. وهو يغطي استنساخ جينات مستقبلات الرائحة ، وتخليق الحمض النووي الريبي ، وتشريح وعزل بويضات Xenopus ، والتعبير غير المتجانس للجينات ، ثم تسجيل الحس الفردي لقياس نشاط المستقبلات. يوفر هذا البروتوكول نظاما فريدا لتقييم الأساس الجيني والوظيفي لشم البعوض ، مع التطبيقات المحتملة المرتبطة بأبحاث سلوك البعوض.

تناقش أربع مقالات في المجموعة البعوض المعدل وراثيا وعملية التكوين. يحدد Carballar-Lejarazú et al.13 الإجراءات التفصيلية لإنتاج بعوض Anopheles gambiae المعدل وراثيا عن طريق الحقن المجهري الجنيني ، بينما يوضح Bui et al.14 الحقن المجهري لأجنة Culex quinquefasciatus لتحرير الجينوم المستند إلى CRISPR / Cas9. الأول هو ناقل رئيسي لطفيليات الملاريا البشرية ، في حين أن الأخير هو ناقل رئيسي للفيروسات المفصلية ، بما في ذلك فيروس غرب النيل ، ولا تتم دراسته بشكل كاف في سياق التحول الجي. تغطي هذه البروتوكولات إبر السحب والتحميل ، وتحضير البويضات ومحاذاتها متبوعة بالحقن ، واستعادة الأجنة وفحص الأنماط الظاهرية للجينات المعدلة. يفصل بروتوكول An. gambiae إجراءات وضع البيض وحصاد البويضات ، ويصور بصريا الحقن الناجحة. ال Cx. يحدد بروتوكول Quinquefasciatus معلمات محددة لسحب الإبرة ونصائح لزيادة معدلات الطفرات. يوفر المقال الذي كتبه Meuti و Harrell15 تركيزا متعمقا على التكوين في Culex pipiens ، ولا سيما عملية الحقن. يظهر الفيديو عملية الحقن بأكملها بعمق كبير. يحدد الردم وربط الإبرة ، ووضع البيض والحاقن ، بالإضافة إلى التفاصيل حول كيفية الحقن بنجاح. يوفر تعليمات فنية صارمة واستكشاف الأخطاء وإصلاحها حول عملية الحقن ويقدم نصائح لزيادة معدل تفريخ البيض ولياقة اليرقات. ستثير هذه المقالات الثلاث اهتمامات أولئك الذين يسعون إلى تطوير استراتيجيات جديدة للتحكم في النواقل ، بالإضافة إلى تلك التي تدرس علم الوراثة Anopheles و Culex والتفاعلات بين مسببات الأمراض والمضيف. يصف Carballar-Lejarazú et al.16 عملية إجراء تجارب الأقفاص الصغيرة لتقييم ما إذا كانت أنظمة محرك الجينات يمكن أن تنشر جينات معينة في مجموعات البعوض الساذجة في ظل ظروف مختلفة. يفحص البروتوكول آليات تجارب الإطلاق غير المضغوطة ، وتجارب محرك الجينات مع أجيال البعوض المتداخلة أو غير المتداخلة. يوفر تفاصيل دقيقة حول نسب الإضافة المعدلة وراثيا من النوع البري ، وعمليات الفحص ، وتكييف المعلمات التجريبية لتشمل فحوصات اللياقة البدنية أو لنمذجة انتشار أليل محرك الجينات. سيفيد هذا البروتوكول الباحثين في مجال مكافحة النواقل الذين يطورون أنظمة جديدة لمحرك الجينات ويفحصون فعالية محرك الجينات.

تناقش المقالات الثلاث الأخيرة في المجموعة زراعة مسببات الأمراض والتعرض لها. يوضح Liu et al.17 بروتوكول إعادة إدخال البكتيريا إلى البعوض البالغ بعد العلاج بالمضادات الحيوية ، من أجل المساعدة في فهم الأدوار البيولوجية التي تلعبها الجراثيم. يغطي زراعة وعزل البكتيريا والعلاج بالمضادات الحيوية ومقايسات التغذية البكتيرية. يوفر البروتوكول توليفا جيدا لإجراء معقد ومتعدد الأوجه. سيكون مفيدا للمهتمين بدراسة ميكروبات البعوض أو تطوير البعوض البالغ الجنوتويوتيك. يسلط Grigsby et al.18 الضوء على بروتوكول دمج استزراع الطفيلي الصغير Edhazardia aedis في تربية الزاعجة المصرية القياسية. وهو يفصل عزل الجراثيم المعدية وتحديدها وتعدادها ، قبل إعادة إصابة البعوض والحفاظ على بيض البعوض المصاب. يقدم نصائح لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها حول اكتشاف الجراثيم وتنسيق فقس البعوض مع تحضير الأبواغ. سيهم هذا البروتوكول أولئك الذين يسعون إلى استزراع الطفيليات الدقيقة للأغراض التجريبية ، وأولئك الذين يفحصون تأثير عدوى الطفيليات على مناعة البعوض أو القدرة الناقلة. يفصل Tripathi et al.19 بروتوكول زراعة الخلايا المشيجية المتصورة المنجلية ، وإجراء عدوى بعوض الأنوفيليس عبر نظام التغذية الغشائية الزجاجية ، وعد البويضات والبوغات. إنه بروتوكول أساسي لزراعة المتصورة المنجلية ، والذي قد يكون من الصعب تحقيقه. وسيكون البروتوكول ذا قيمة عالية لأولئك الذين يبحثون في عدوى المتصورة وانتقالها في البعوض، ولأولئك الذين يتطلعون إلى تطوير استراتيجيات لمكافحة الملاريا، بما في ذلك أدوات منع انتقال العدوى، ولأولئك الذين يفحصون كفاءة النواقل لمجموعات An. gambiae ، بما في ذلك الخطوط المعدلة وراثيا واستراتيجيات الدافع الجيني.

تتناول مجموعة المقالات العديد من الموضوعات البحثية المهمة لمستقبل مكافحة مسببات الأمراض التي ينقلها البعوض والبعوض. يعد فهم مقاومة البعوض لمبيدات الآفات أمرا بالغ الأهمية لأنه يعكس نجاح برامج المكافحة الحالية. علاوة على ذلك ، يمكن أن يكون اكتشاف المقاومة إشارة إلى أن التغييرات في استراتيجيات التحكم مطلوبة. من المرجح أن تلعب تقنيات الهندسة الوراثية ، بما في ذلك تكوين البعوض ، وتحرير الجينوم ، ومحرك الجينات ، دورا رئيسيا في مكافحة البعوض خلال العقد المقبل وما بعده بسبب قدرتها العالية على التتبع والقدرة على التكيف. ستوفر المعرفة المحسنة ببيولوجيا البعوض ، وتحديدا في موضوعات علم الجينوم السكاني ، والتفاعلات بين المضيف ومسببات الأمراض ، وسلوك البعوض ، والأساس الجزيئي للسمات البيولوجية الرئيسية ، رؤى قيمة يمكن استخدامها لتطوير أدوات تحكم جديدة. على سبيل المثال ، يمكن أن يساعد تحديد الجينات المشاركة في حاسة الشم الباحثين على تطوير طارد جديد ، في حين أن تحديد الجينات المشاركة في تفاعلات المضيف والممرض يمكن أن يؤدي في النهاية إلى تطوير البعوض المعدل وراثيا الذي يحمل مؤثرات مضادة للأمراض. تتطرق هذه المجموعة إلى كل هذه الموضوعات ، وفي أيدي علماء الأحياء الناقلة من جميع أنحاء العالم ، ستساعد الطرق الموضحة هنا في تسهيل رؤى جديدة وفريدة من نوعها في العديد من جوانب بيولوجيا البعوض. ويتمثل التحدي الرئيسي في المستقبل في الاستفادة من المعارف المتولدة في هذه المجالات لإنتاج استراتيجيات مراقبة جديدة أو لاستكمال الاستراتيجيات الحالية أو تحسينها.

الإفصاحات

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

شكر وتقدير

تم دعم هذا المنشور من قبل المعهد الوطني للأغذية والزراعة التابع لوزارة الزراعة الأمريكية (USDA) ، مشروع هاتش 1026692 إلى EPC.

المراجع

  1. Bhatt, S., et al. The global distribution and burden of dengue. Nature. 496 (7446), 504-507 (2013).
  2. Bhutta, Z. A., Sommerfeld, J., Lassi, Z. S., Salam, R. A., Das, J. K. Global burden, distribution, and interventions for infectious diseases of poverty. Infectious Diseases of Poverty. 3, 21(2014).
  3. Caminade, C., McIntyre, K. M., Jones, A. E. Impact of recent and future climate change on vector-borne diseases. Annals of the New York Academy of Sciences. 1436 (1), 157-173 (2019).
  4. Caragata, E. P., et al. Prospects and pitfalls: Next-Generation tools to control mosquito-transmitted disease. Annual Review of Microbiology. 74, 455-475 (2020).
  5. Jones, R. T., Ant, T. H., Cameron, M. M., Logan, J. G. Novel control strategies for mosquito-borne diseases. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences. 376 (1818), 20190802(2021).
  6. Wilson, A. L., et al. The importance of vector control for the control and elimination of vector-borne diseases. PLoS Neglected Tropical Diseases. 14 (1), 0007831(2020).
  7. Jensen, B. M., et al. Topical application bioassay to quantify insecticide toxicity for mosquitoes and fruit flies. Journal of Visualized Experiments. (179), e63391(2022).
  8. Chen, T. Y., et al. A magnetic-bead-based mosquito DNA extraction protocol for next-generation sequencing. Journal of Visualized Experiments. (170), e62354(2021).
  9. Jové, V., Venkataraman, K., Gabel, T. M., Duvall, L. B. Feeding and quantifying animal-derived blood and artificial meals in Aedes aegypti mosquitoes. Journal of Visualized Experiments. (164), e61835(2020).
  10. Tsujimoto, H., Adelman, Z. N. Improved fecundity and fertility assay for Aedes aegypti using 24 well tissue culture plates (EAgaL plates). Journal of Visualized Experiments. (171), e61232(2021).
  11. Lajevardi, A., Sajadi, F., Donini, A., Paluzzi, J. V. Studying the activity of neuropeptides and other regulators of the excretory system in the adult mosquito. Journal of Visualized Experiments. (174), e61849(2021).
  12. Wang, X., et al. Heterologous expression and functional analysis of Aedes aegypti odorant receptors to human odors in Xenopus oocytes. Journal of Visualized Experiments. (172), e61813(2021).
  13. Carballar-Lejarazú, R., Tushar, T., Pham, T. B., James, A. A. Microinjection method for Anopheles gambiae embryos. Journal of Visualized Experiments. (173), e62591(2021).
  14. Bui, M., Li, M., Raban, R. R., Liu, N., Akbari, O. S. Embryo microinjection techniques for efficient site-specific mutagenesis in Culex quinquefasciatus. Journal of Visualized Experiments. (159), e61375(2020).
  15. Meuti, M. E., Harrell, R. Preparing and injecting embryos of Culex mosquitoes to generate null mutations using CRISPR/Cas9. Journal of Visualized Experiments. (163), e61651(2020).
  16. Carballar-Lejarazú, R., Pham, T. B., Bottino-Rojas, V., Adolfi, A., James, A. A. Small-Cage laboratory trials of genetically-engineered anopheline mosquitoes. Journal of Visualized Experiments. (171), e62588(2021).
  17. Liu, X., et al. A bacterial oral feeding assay with antibiotic-Tteated mosquitoes. Journal of Visualized Experiments. (163), e61341(2020).
  18. Grigsby, A., Kelly, B. J., Sanscrainte, N. D., Becnel, J. J., Short, S. M. Propagation of the microsporidian parasite Edhazardia aedis in Aedes aegypti mosquitoes. Journal of Visualized Experiments. (162), e61574(2020).
  19. Tripathi, A. K., Mlambo, G., Kanatani, S., Sinnis, P., Dimopoulos, G. Plasmodium falciparum gametocyte culture and mosquito infection through artificial membrane feeding. Journal of Visualized Experiments. (161), e61426(2020).

إعادة الطباعة والأذونات

استكشف المزيد من المقالات

Culex QuinquefasciatusAnopheles GambiaeGenetically-engineered MosquitoesMicroinjection TechniquesDNA Extraction ProtocolInsecticide Toxicity BioassayAedes AegyptiNeuropeptides RegulationCRISPR/Cas9Plasmodium FalciparumArtificial Membrane Feeding
تواصل معنا
أوصِ به للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

حقوق الطبع والنشر © 2026 MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.