方法文章

蜱虫、蚊子及其传播病原体的研究方法:更深入地了解媒介生物学和节肢动物-微生物相互作用

DOI:

10.3791/64986

2023年3月3日

* These authors contributed equally

本文内容

摘要

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文章讨论:

Chen, L., Xiao, Q., Shi, M., Cheng, J., Wu, J. 在白纹伊蚊细胞系中检测沃尔巴克氏菌菌株 wAlbB。可视化实验杂志。 (184),e63662 (2022)。

Haziqah-Rashid, A. et al. 确定蚊子和其他变温动物的温度偏好。可视化实验杂志。 (187),e64356 (2022)。

Huang, D. et al. 从野外收集的蚊子中分离蚊子相关病毒。可视化实验杂志。 (186),e63852 (2022)。

Khoo, B., Cull, B., Oliver, JD 蜱虫对肩突硬蜱的人工膜喂养。可视化实验杂志。64553 (2022 年)。

Leal-Galvan, B., Harvey, C., Thomas, D., Saelao, P., Oliva Chavez, A. S. 从蜱离体唾液腺培养物和细胞外囊泡中分离 microRNA。可视化实验杂志。(182),e63618 (2022)。

Liang, Q. et al. 用 Carpesium abrotanoides 控制白纹伊蚊幼虫 L. 可视化实验杂志. (186),e63976 (2022)。

Wang, F. et al. 通过经口喂养和显微注射对成年蚊子进行实验性病毒感染。可视化实验杂志。 (185),e63830 (2022)。

Wang, X. R., Burkhardt, N. Y., Price, L. D., Munderloh, U. G.一种在蜱细胞系中用表达荧光蛋白的穿梭载体转化立克次体属的电穿孔方法。可视化实验杂志。(188),e64562 (2022)。

社论

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媒介传播疾病 (VBD) 是通过受感染的节肢动物载体1 的叮咬传播给人类和其他动物的感染。媒介占全球热带传染病的20%,使世界上80%的人口面临VBD的风险2。蚊子和蜱虫是专性吸血节肢动物,由于它们的直接摄食行为和传播多种病原体(寄生虫、细菌或病毒)3,导致全球公共卫生和经济负担显着增加。因此,本方法集合旨在引入广泛的基本和补充方法,以基于蚊子和蜱生物学的全面知识,通过各种技术研究这些载体。本方法集中包括对蚊子和蜱的基本方面(体外体内)、它们传播和传播的微生物(媒介、共生体、病原体和脊椎动物宿主之间的相互作用)以及媒介控制方法的研究。

节肢动物媒介的生存及其维持和传播病原体的能力与温度密切相关4.Haziqah-Rashid 等人提出了一种简单且低成本的方法来确定蚊子的温度偏好5。他们的设备由不同温度的相连腔室组成,允许蚊子(和其他飞虫)自由飞到它们喜欢的环境,从而能够确定最佳昆虫温度。这将有助于确定各种作(例如病原体感染、饮食或内共生体存在)对昆虫温度偏好的影响,以及定义用于评估区域气候适宜性的建模研究的参数建立疾病媒介。

亚洲虎蚊(Aedes albopictus6)是一种预计将受益于气候变暖并通过国际贸易传播到世界各地的入侵蚊子。作为多种病毒的载体,该物种对人类健康的威胁日益严重,新的控制方法对于对抗这种蚊子至关重要。在他们的文章中,Liang 等人描述了一种新型植物来源的杀虫剂的制备,该杀虫剂对白纹杀虫幼虫表现出很高的功效,同时对鱼类没有有害影响,这表明环境毒性较低7。尽管仅处于研究的早期阶段,但这种植物杀虫剂是一种很有前途的蚊子控制候选药物,可能被证明对其他重要的蚊子物种有效。

母体传播的内共生体沃尔巴克氏体已显示出控制蚊子田间种群中登革热病毒的前景,从而显示出用于抑制登革热的潜力 8,9。然而,引起这种现象的机制特征尚不清楚,因此需要对蚊子-内共生体-病毒的相互作用有更深入的了解。为了为研究这些相互作用提供工具,Chen等人描述了一套基于核酸和抗体的互补方法,用于检测和定量蚊子细胞中的沃尔巴克氏体,这些方法也可用于各种携带沃尔巴克氏体的昆虫10

蚊媒病毒的监测对于检测可能对健康构成潜在威胁的流行病毒非常重要,这种监测还可能导致发现新型致病性或昆虫特异性病毒。Huang等人报告了一种基于细胞培养的方法,用于从现场收集的蚊子样本中分离和扩增蚊子相关病毒11,随后可以进行病毒纯化、鉴定和表征。

节肢动物传播的病原体能否成功入侵、定植和通过媒介传播取决于其克服各种生理障碍的能力,包括唾液腺和中肠中的障碍。Wang等人提出了一种方案,用于使用两种不同的感染方法评估蚊子对病毒的媒介能力12。通过比较登革热病毒在埃及伊 中口腔或胸腔内感染后的传播和传播,该协议强调了唾液腺和中肠屏障在减少病毒在蚊子内传播方面发挥的影响,从而确定载体能力。

在实验室中研究蜱虫等媒介可能具有挑战性,因为它们的生命周期很长,并且需要以多种不同的宿主动物为食。Khoo等人的方案详细介绍了人工膜饲养器的设置,该饲养器可用于在实验室中进行短期蜱饲养,而无需使用动物,并可用于研究各种受控处理对蜱生物学的影响,例如病原体感染和抗生素摄入13。虽然该方法被描述用于肩 胛硬蜱 的所有阶段的喂养,但该方法也可以适用于其他蜱种和应用。

蜱唾液含有许多效应子,在蜱虫摄食过程中,这些效应器在宿主免疫调节和增强病原体传播方面发挥着重要作用。MicroRNA 是调节蜱-宿主界面和蜱内基因表达的短非编码序列,就是这样一种知之甚少的效应子。Leal-Galvan等人提出了一种从蜱唾液腺培养物和细胞外囊泡(EV)中分离microRNA的方法14。通过培养 离体 唾液腺,作者能够大大减少生产和分离EV所需的蜱虫数量,并能够提取出足以进行下一代测序的高质量microRNA。这种方法有助于蜱EV的分离和研究,并应促进我们对蜱-宿主相互作用中这些细胞器的理解。

病原体基因的功能研究是了解其生存和适应宿主和媒介环境对比策略的关键。细胞内 立克次体 研究的一项重大进展是开发用于表达目标基因的质粒穿梭载体15。Wang等人描述了一种纯化的 帕克立克次 体电穿孔的方案,用于使用穿梭载体进行转化,然后在蜱细胞中选择和可视化转化体16。这种转化方法可以适应将穿梭载体或转座酶诱变系统引入其他 立克次 体物种,以提高对立克次体-宿主-载体相互作用的理解。

开发预防VBD传播的新颖有效的工具取决于对媒介生物学和媒介-微生物界面的扎实了解。该方法集中的文章详细介绍了一系列用于研究蜱虫、蚊子及其宿主的病原体和共生体的实验室技术,从而为这些主题的基础和应用研究提供了多种途径。媒介研究的进展将促进创新解决方案的设计,以控制VBD的传播。

披露

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作者没有什么可透露的。

致谢

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作者感谢美国国立卫生研究院 (NIH) (R01AI049424) 和国防部、美国陆军医学研究和装备司令部、国会指导的医学研究项目对 Ulrike G. Munderloh 的慷慨资助。

参考文献

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  1. Shaw, W. R., Catteruccia, F. Vector biology meets disease control: Using basic research to fight vector-borne diseases. Nature Microbiology. 4 (1), 20-34 (2019).
  2. World Health Organization. Global vector control response 2017-2030. World Health Organization. , Geneva, Switzerland. (2017).
  3. Chala, B., Hamde, F. Emerging and re-emerging vector-borne infectious diseases and the challenges for control: A review. Frontiers in Public Health. 9, 715759(2021).
  4. Lahondere, C., Bonizzoni, M. Thermal biology of invasive Aedes mosquitoes in the context of climate change. Current Opinion in Insect Science. 51, 100920(2022).
  5. Haziqah-Rashid, A., et al. Determining temperature preference of mosquitoes and other ectotherms. Journal of Visualized Experiments. (187), e64356(2022).
  6. Medlock, J. M., et al. An entomological review of invasive mosquitoes in Europe. Bulletin of Entomological Research. 105 (6), 637-663 (2015).
  7. Liang, Q., et al. Control of Aedes albopictus larvae with abrotanoides L. Journal of Visualized Experiments. (186), e63976(2022).
  8. Walker, T., et al. The wMel Wolbachia strain blocks dengue and invades caged Aedes aegypti populations. Nature. 476 (7361), 450-453 (2011).
  9. Hoffman, A. A., et al. Successful establishment of Wolbachia in Aedes populations to suppress dengue transmission. Nature. 476 (7361), 454-457 (2011).
  10. Chen, L., Xiao, Q., Shi, M., Cheng, J., Wu, J. Detecting wAlbB in albopictus lines. Journal of Visualized Experiments. (184), e63662(2022).
  11. Huang, D., et al. Mosquito-associated virus isolation from field-collected mosquitoes. Journal of Visualized Experiments. (186), e63852(2022).
  12. Wang, F., et al. Experimental viral infection in adult mosquitoes by oral feeding and microinjection. Journal of Visualized Experiments. (185), e63830(2022).
  13. Khoo, B., Cull, B., Oliver, J. D. Tick artificial membrane feeding for Ixodes scapularis. Journal of Visualized Experiments. e64553, (2022).
  14. Leal-Galvan, B., Harvey, C., Thomas, D., Saelao, P., Oliva Chavez, A. S. Isolation of microRNAs from tick vivo gland cultures and extracellular vesicles. Journal of Visualized Experiments. (182), e63618(2022).
  15. Burkhardt, N. Y., et al. Development of shuttle vectors for transformation of diverse Rickettsia species. PLoS One. 6 (12), 29511(2011).
  16. Wang, X. R., Burkhardt, N. Y., Price, L. D., Munderloh, U. G. An electroporation method to transform with a fluorescent protein-expressing shuttle vector in tick cell lines. Journal of Visualized Experiments. (188), e64562(2022).

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WolbachiaAedes AlbopictusTemperature PreferenceVirus IsolationIxodes ScapularisMicroRNAsSaliva Gland CulturesCarpesium AbrotanoidesViral InfectionElectroporationRickettsia

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