Name: Generación, mantenimiento e identificación de modelos de pez cebra libres de gérmenes desde las larvas hasta las etapas juveniles (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-04-12T13:50:00.000+00:00
Duration: 5 min 38 s
Description: Aprende a generar y mantener embriones de pez cebra libres de gérmenes desde larvas hasta juveniles. Este protocolo permite estudiar interacciones hospedador-microbiota y su impacto en desarrollo e inmunidad.

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Agradecemos sinceramente el apoyo del Proyecto de Talento de la Universidad Médica de Chongqing (No. R4014 para DSP y R4020 para PPJ), la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (NSFC, No.32200386 para PPJ), el Estudio Mentor de Innovación Postdoctoral de Chongqing (X7928 DSP) y el Programa del Centro Conjunto China-Sri Lanka para la Investigación y Demostración de Tecnología del Agua de la Academia China de Ciencias (CAS) / Centro Conjunto China-Sri Lanka para la Educación y la Investigación de CAS.

Optimización de modelos de pez cebra GF: generación, mantenimiento y estudios microbianos

El protocolo de GF Artemia ha sido concedido como patente por la Administración Nacional de Propiedad Intelectual de China, lo que aliviará el uso restringido del método después de obtener el permiso de los autores. Los autores declaran que no tienen otros intereses contrapuestos o financieros.

Pasos críticos dentro de los protocolos de preparación de pescado y alimentos sin gluten Durante la generación de los modelos de peces GF, se involucraron varios pasos críticos, incluida la preparación de materiales estériles, la esterilización de embriones, la renovación diaria de GZM, la recolección de varias muestras y el examen estéril de cada muestra utilizando múltiples métodos. Entre estos pasos, el tratamiento inicial de los embriones es fundamental y decisivo para el éxito de los modelos GF. El control de los agentes, sus concentraciones y los tiempos de tratamiento son cruciales para lograr tasas óptimas de esterilización y éxito en la eclosión. Es necesario prestar mucha atención cuando se manipulan embriones de peces GF a larvas, lo que implica cambios diarios de medios y garantiza que los materiales y las plataformas se esterilizen completamente con luz ultravioleta o en autoclave al retirar las placas de la incubadora. El monitoreo de las condiciones de temperatura y el tiempo de operación durante el invierno es esencial para prevenir la muerte de larvas causada por temperaturas más bajas en bancos limpios.
La yema de huevo estéril y la artemia GF deben someterse a una detección antes de ser alimentadas a los peces después de 7 dpf para garantizar su estado estéril para los modelos de GF a largo plazo. Durante el período de alimentación, la limpieza de los residuos de alimentos es importante como parte de las muestras recogidas para su detección al renovar el medio de desecho. El recipiente, el volumen de GZM y la masa de alimento deben ajustarse junto con las etapas de crecimiento y desarrollo para evitar la pérdida de peces GF debido a un entorno limitado y problemas de calidad del agua. El monitoreo regular y los ajustes en estos parámetros contribuyen al mantenimiento exitoso de los modelos de peces GF.
Modificaciones e importancia de estos protocolos El proceso simplificado de tres pasos para generar embriones de pez cebra GF, que involucra agentes, concentraciones y tiempos de exposición optimizados de soluciones AB-GZM, PVP-I y NaClO, garantiza una alta tasa de esterilidad y un desarrollo saludable de los modelos. Además, los métodos de detección estéril para muestras diarias se han perfeccionado para incluir placas y cultivos de medios líquidos en condiciones aeróbicas y anaeróbicas, junto con técnicas moleculares que utilizan cebadores bacterianos comunes. Otras experiencias en las pruebas de contaminantes bacterianos y fúngicos tienen como objetivo optimizar los contaminantes aisladores y las pruebas estériles durante las técnicas de animales GF48.
En nuestro estudio se ha investigado el protocolo específico para los nauplios de GF Artemia como alimento vivo para modelos de peces, y la Administración Nacional de Propiedad Intelectual de China concedió una patente a PPJ y DSP (No. ZL202210482684.8). Los modelos de peces GF a largo plazo se ven consistentemente limitados por una nutrición inadecuada e inadecuada, lo que exacerba las debilidades en las funciones intestinales relacionadas con la digestión y la absorción. Como fuente de alimento creíble para modelos de medaka y pez cebra en diferentes etapas de la vida, GF Artemia sp. debe ser fácil de preparar con un procedimiento simple, un tiempo de incubación corto y una detección estéril en tiempo real para el uso diario. En este método, los quistes de Artemia normales se enjuagan en una concentración suficiente de NaClO para ser asépticos y luego se incuban en una botella recubierta con película, así como en una placa y en un medio líquido para su detección. Esto apoya los nauplios recién eclosionados para la alimentación de los peces GF. La tasa de esterilidad y la tasa de eclosión de Artemia, así como la longitud corporal, el peso y la actividad de la misma, son excelentes, lo que indica las aplicaciones disponibles en la práctica.
La importancia de estas modificaciones en los peces y los protocolos alimentarios de GF beneficia a los investigadores en la generación de modelos en embriones, larvas, etapas juveniles e incluso etapas adultas y adultas tempranas en especies marinas y de agua dulce. Los animales GF a largo plazo proporcionarán permiso como modelos in vivo en la investigación sobre la detección de fármacos y las funciones microbianas durante el crecimiento y desarrollo del huésped, especialmente en la madurez de la inmunidad y las líneas celulares intestinales relacionadas. Por ejemplo, las larvas de pez cebra solo poseen inmunidad innata en la primera semana, luego desarrollan el sistema de inmunidad adaptativo durante 7-21 dpf, junto con la madurez del timo31,49. Además, los modelos de peces GF pueden proporcionar la posibilidad de analizar las interacciones bacteria-bacteria y microbiota-huésped con la observación en vivo de los procesos dinámicos de colonización y migración en los organismos50,51.
Limitaciones del método El cultivo de peces GF desde juveniles hasta adultos tempranos (28 dpf-2.5 mpf) y adultos sexualmente maduros (>2.5 mpf) sigue siendo un desafío debido al aumento de la mortalidad y el riesgo de contaminación bacteriana durante el mantenimiento del modelo. Estas limitaciones se derivan principalmente de la ausencia de sistemas de autocultivo adecuados para los peces que viven en un entorno de GF. Estos sistemas deben incluir aire limpio, agua y un sistema alimentario para mantener eficazmente a los animales y sus entornos, garantizando el aislamiento completo de los microorganismos externos. A diferencia de otros modelos animales GF, como ratones y pollos52, la obtención de pez cebra GF a través de operaciones anatómicas de los padres CR es un desafío debido a sus hábitos acuáticos y su estilo de fertilización natural.
Tratar a los animales adultos como si estuvieran completamente desprovistos de microbiota intestinal también es un desafío. Si bien el tratamiento con antibióticos puede inducir un estado similar al de los animales libres de patógenos específicos (SPF), caracterizado por una microbiota reducida detectada en muestras fecales, sigue siendo difícil lograr verdaderos modelos de peces adultos GF. Los desafíos que implica el establecimiento y mantenimiento de modelos de GF, especialmente durante la transición de los estados juveniles a los de largo plazo, son significativos. Se reconoce la importancia de la descendencia GF, como los huevos GF F1 o F2 de peces GF adultos, en la investigación microbiana. Sin embargo, superar los desafíos en el establecimiento y mantenimiento de modelos de peces GF adultos a largo plazo requiere mucho tiempo.
Vale la pena señalar que se ha desarrollado un pez cebra gnotobiótico con colonización bacteriana específica, que muestra una supervivencia crónica basada en modelos GF. Sin embargo, sigue siendo incierto si estos modelos pueden servir como alternativas viables a los modelos GF en la investigación biomédica y de infecciones bacterianas.
Futuras aplicaciones de los modelos de peces GF En este estudio, hemos refinado el protocolo para generar modelos de pez cebra GF, progresando de embriones a juveniles. Este avance tiene aplicaciones significativas en la biología del desarrollo, la inmunología, la investigación de enfermedades humanas y la organogénesis. A través del aislamiento masivo y la identificación, el estudio explora las funciones, los mecanismos y los metabolitos derivados del intestino de cepas bacterianas individuales. La investigación consiste en infectar modelos de pez cebra GF después de que se abra el respiradero en la etapa47,53. Además, las bacterias marcadas con fluorescencia facilitan la observación de la colonización y distribución en larvas vivas de GF, libres de otras influencias microbianas54. Se pueden crear modelos similares de peces GF, como la medaka marina o de agua dulce, utilizando métodos comparables con varios agentes o cambios de medio.
Para investigar los mecanismos de las enfermedades humanas, el estudio emplea métodos de TMF, transfiriendo muestras de pacientes o donantes a animales sanos o modelos GF55. A diferencia de los animales criados convencionalmente (CR), los modelos GF ofrecen pruebas sólidas de las funciones, impactos o respuestas microbianas en el huésped, especialmente cuando se combinan con bacteriófagos para regular las bacterias objetivo en la microbiota46.
En resumen, el pez cebra GF sirve como modelos poderosos para evaluar la seguridad bacteriana, la efectividad de los medicamentos, la toxicidad de los contaminantes o la interferencia de compuestos, debido a su entorno intestinal sensible y puro. La exploración futura de las aplicaciones de los peces transgénicos debería abarcar varios campos, con la necesidad de crear modelos de peces adultos sin gluten para una comprensión más profunda de las funciones microbianas en las diferentes etapas de la vida.

La microbiota (es decir, arqueas, bacterias, eucariotas y virus) desempeña un papel crucial en el mantenimiento de la salud del huésped y contribuye al desarrollo de diversas enfermedades al influir en los procesos fisiológicos y patológicos a través de interacciones simbióticas dentro de la barrera intestinal, la superficie epitelial y las funciones de la mucina en los individuos 1,2,3. La composición de la microbiota en las diferentes etapas de la vida, desde la infancia hasta la juventud, la adultez y el envejecimiento, así como su presencia en diversos lugares, como las narinas, la boca, la piel y los intestinos, está moldeada dinámicamente por diversos hábitats y entornos4. La microbiota intestinal de los organismos está implicada en la absorción de nutrientes, la respuesta inmunitaria, la invasión de patógenos, la regulación metabólica, etcétera 5,6. Los estudios en pacientes han demostrado que las alteraciones de la microbiota intestinal están relacionadas con la obesidad humana, los trastornos del sueño, la depresión, la enfermedad inflamatoria intestinal (EII), las enfermedades neurodegenerativas (Parkinson, Alzheimer), el envejecimiento y diversos tipos de cáncer 7,8,9. Además, las vías interactivas entre la microbiota intestinal y los huéspedes involucran factores inflamatorios, neurotransmisores, metabolitos, barrera intestinal y estrés oxidativo, como se observó en investigaciones anteriores con modelos de ratones y peces10,11.
Recientemente, se han explorado múltiples enfoques o terapias relacionados con las bacterias, incluidos los posibles probióticos y el trasplante de microbiota fecal (TMF), para estos trastornos en modelos clínicos y animales. Estas exploraciones se basan en descubrimientos relacionados con el eje microbiota-intestino-cerebro/hígado/riñón, los productos derivados de la microbiota y la alteración de la actividad de los receptores12,13. Sin embargo, el desarrollo, las diversas funciones y los mecanismos del sistema microbiota-huésped aún no se comprenden e identifican completamente debido a la complejidad de la comunidad microbiana y al desafío de generar modelos potentes de enfermedades similares a los humanos.
Para abordar estos problemas, a mediadosdel siglo XIX se propusieron urgentemente modelos animales libres de gérmenes (GF) y se desarrollaron principalmente durante el sigloXX. Los refinamientos posteriores, incluidos los modelos tratados con antibióticos y gnotobióticos, junto con los avances en las tecnologías de detección y observación microbiana, perfeccionaron aún más estos modelos 14,15,16. Los animales GF, creados borrando su propio fondo y evitando los microbios ambientales, ofrecen una excelente estrategia para explorar las interacciones entre los microorganismos y sus huéspedes17. A través de la aplicación de modelos animales y protocolos refinados, los investigadores han replicado con éxito composiciones microbianas similares encontradas en pacientes con ratones y peces GF. Además, otros modelos animales de GF, como perros, pollos y cerdos, ofrecen diversas opciones como sujetos de investigación 18,19,20,21. Este enfoque ha permitido investigar los posibles efectos terapéuticos de los microbiomas comensales en diversas enfermedades, incluida la inmunoterapia contra el cáncer en humanos16,18. Los modelos GF ofrecen información más precisa sobre las características y los mecanismos de la colonización, migración, multiplicación e interacción bacteriana específica dentro de los huéspedes. Esto proporciona nuevos conocimientos cruciales sobre la aparición y el desarrollo de enfermedades relacionadas con la microbiota22,23. La historia del establecimiento y la aplicación del pez cebra GF en la investigación microbiana ha evolucionado desde los informes de Rawls et al. en 2004 y Bates et al. en 2006 hasta el protocolo de Melancon et al. en 2017 16,24,25. Sin embargo, la viabilidad de los modelos de GF adultos o reproductivos sigue siendo un proceso prolongado, acompañado de longevidad, tasas de éxito y desafíos de salud variables.
Entre varios modelos animales, el pez cebra (Danio rerio) se destaca como una herramienta crítica para la investigación básica y biomédica debido a su ventajosa similitud con los órganos humanos y la genómica, su corto ciclo de desarrollo, su alta fecundidad y sus embriones transparentes19,26. El pez cebra, que sirve como modelo fiable de enfermedades humanas, ofrece una representación visual de los procesos fisiológicos y patológicos in vivo, proporcionando información sobre las atractivas características de las interacciones huésped-microbio. En particular, el pez cebra exhibe linajes celulares distintos, lo que permite obtener imágenes de la fisiología intestinal, la dinámica microbiana, las gónadas y el desarrollo reproductivo, la maduración del sistema inmunológico del huésped, el comportamiento y el metabolismo. Los embriones de pez cebra se desarrollan dentro de coriones protectores hasta la eclosión, convirtiéndose en larvas a los 3 días después de la fertilización (dpf). Cazan activamente alimento a los 5 dpf y alcanzan la madurez sexual alrededor de los 3 meses después de la fertilización (mpf)28. El primer pez cebra libre de gérmenes (GF) exitoso, reportado por Rawls et al.24, mostró que las larvas alimentadas con alimento esterilizado en autoclave después de la absorción de la yema exhibieron necrosis tisular a partir de 8 dpf y muerte total a 20 dpf. Esto indicó los efectos de la dieta o la importancia de considerar el suministro de nutrientes exógenos en experimentos con peces GF a largo plazo (>7 dpf)29. Estudios posteriores mejoraron el protocolo de generación de peces GF, empleando alimentos estériles y métodos perfeccionados en diferentes modelos de peces16.
Sin embargo, la mayoría de las investigaciones sobre modelos de pez cebra GF se han centrado en las primeras etapas de la vida, involucrando infección bacteriana a 5 dpf durante 24 h a 48 h, con muestras recolectadas antes de 7 dpf al final de los experimentos 25,30,31. Es ampliamente reconocido que la microbiota de los organismos, incluidos los humanos y el pez cebra, se coloniza al comienzo de la vida y se moldea durante el crecimiento y el desarrollo. La composición se mantiene estable en las etapas adultas, y el papel de la microbiota en el huésped es crucial a lo largo de la vida, especialmente en los aspectos relacionados con el envejecimiento, la obesidad neurodegenerativa, la obesidad metabólica y las enfermedades intestinales3. Por lo tanto, las perspectivas de los animales GF con una supervivencia más larga pueden proporcionar información sobre los mecanismos de los roles microbianos en el desarrollo y las funciones de los órganos del huésped, considerando los sistemas inmunológico y reproductivo inmaduros de las larvas de peces en los primeros años de vida. Si bien las cepas bacterianas en los intestinos del pez cebra se han aislado e identificado en estudios previos, lo que ofrece el potencial de infectar modelos animales GF para seleccionar probióticos o investigar las funciones bacterianas en el huésped19,25, la generación y aplicación de modelos de peces GF se ha restringido principalmente a las primeras etapas de la vida. Esta limitación, atribuida al complejo proceso de producción, a los elevados costes de mantenimiento y a los problemas asociados con la alimentación y la inmunidad, dificulta los esfuerzos de investigación destinados a investigar los efectos crónicos y del desarrollo de la microbiota en el huésped.
La tasa de supervivencia, el comportamiento, el crecimiento, la maduración y la salud general de los peces, especialmente en modelos libres de gérmenes (GF), están significativamente influenciados por las prácticas de alimentación, que abarcan la ingesta y absorción de nutrientes durante el período de apertura de la boca desde las larvas tempranas hasta los juveniles32,33. Sin embargo, uno de los desafíos en la cría de peces transgénicos es la escasez de dietas estériles adecuadas, lo que limita la efectividad del apoyo nutricional para mantener el crecimiento y la supervivencia de las larvas. Resolver este problema es crucial para restaurar la vida de los peces GF, teniendo en cuenta sus mecanismos de defensa del desarrollo y su débil capacidad de digestión debido a la ausencia de un microbioma intestinal. En términos de alimentación, el camarón de salmuera vivo (Artemia sp.) emerge como la dieta más adecuada para las larvas con la boca abierta a los peces juveniles. Se ha observado que los peces alimentados con camarones vivos exhiben mayores tasas de crecimiento y supervivencia en comparación con los alimentados con yema de huevo cocida u otros cebos naturales y sintéticos34. Si bien los modelos de vida temprana de los peces GF pueden sobrevivir con el apoyo de la yema y los modelos de larvas GF pueden mantenerse con alimentación estéril, la generación de modelos a largo plazo desde larvas hasta juveniles y alcanzar la madurez sexual sigue siendo un desafío. Además, los alimentos en escamas o en polvo están limitados por una composición nutricional desigual y pueden afectar la calidad del agua. Por el contrario, la Artemia viva tiene ventajas como la supervivencia tanto en agua salada como dulce, tamaño pequeño adecuado para larvas y adultos, facilidad de procesamiento por lotes y mayor calidad de eclosión35. Sobre la base de los métodos anteriores 16,24,30, hemos simplificado el complejo proceso de tratamiento y abordado el desafío de la dieta al establecer Artemia sp. viva GF fácilmente incubable como alimento estéril durante períodos más largos que los peces GF tempranos.
Este estudio presenta un protocolo optimizado que cubre (1) la generación, (2) el mantenimiento, (3) la identificación de la tasa de esterilidad y (4) el mantenimiento y la alimentación para garantizar el crecimiento del pez cebra libre de gérmenes (GF) desde los embriones hasta las larvas y las etapas juveniles. Los resultados ofrecen evidencia preliminar sobre la eclosión, supervivencia, crecimiento y esterilidad del pez cebra GF, junto con índices esenciales para GF Artemia sp. como alimento estéril. Los pasos detallados en la generación de modelos y la preparación de alimentos vivos estériles proporcionan un apoyo técnico crucial para la construcción y aplicación de modelos a largo plazo de peces GF, así como de GF Artemia sp. en la investigación de la interacción entre la microbiota y el huésped. El protocolo aborda el aislamiento, la identificación y la infección bacteriana en modelos de peces GF, describiendo métodos para el etiquetado de fluorescencia bacteriana y observando su colonización en los intestinos de los peces bajo un microscopio. Los peces GF, los peces gnotobióticos con infección bacteriana o los modelos de microbiota humana transferidos se someterán a diversas detecciones para dilucidar sus funciones y efectos sobre la inmunidad del huésped, la digestión, el comportamiento, la regulación transcriptómica y los aspectos metabólicos. A largo plazo, este protocolo puede extenderse a diferentes especies de peces de tipo salvaje, como la medaka marina, y potencialmente a otras líneas de pez cebra transgénicas seleccionadas correlacionadas con tejidos o enfermedades específicas.

<table><tbody><tr><td>AB-GZM</td><td>Anfotericina:Solarbio; &nbsp; kanamicina:Solarbio; Ampicilina:Solarbio.</td><td>Anfotericina:CAS:1397-89-3; kanamicina:CAS: 25380-94-0; Ampicilina:CAS: 69-52-313.</td><td>49,6 mL GZM, 50 y micro; L solución madre de anfotericina (250 y micro; g/mL), 25 y micro; L solución madre de kanamicina (10 mg/mL), y 250 &micro; L solución madre de ampicilina (20 mg/mL).</td></tr><tr><td>1,5 mL, 15 mL, 50 mL Tubos EP</td><td>biosharp</td><td>BS-15-M</td><td>Para recoger muestras y contener agentes</td></tr><tr><td>2,4 g/L NaClO</td><td>XILONG SCIENTIFIC Co., Ltd.</td><td>CAS: 7681-52-9</td><td>Diluido con solución acuosa de hipoclorito de sodio al 8%.</td></tr><tr><td>placas de 6 pocillos, placas de 24, 48 pocillos</td><td>LABSELECT&nbsp;</td><td>11112</td><td>Para el cultivo de peces</td></tr><tr><td>Aeronomas</td><td>NCBI base de datos</td><td>No.MK178499</td><td>2019-JPP-ESN</td></tr><tr><td>Placas anaeróbicas TSA</td><td>triptona:Oxoid ; peptona de soja:Solarbio ; NaCl:Biosharp; polvo de agar: BioFroxx.</td><td>triptona:LP0042B; peptona de soja:Cat#S9500; NaCl:BS112; Polvo de agar: 9002-18-0.</td><td>Las placas de TSA se prepararon con 400 mL de medio que contenía 6 g de triptona, 2 g de peptona de soja, 2 g de NaCl y 6 g de polvo de agar bajo el sistema anaeróbico.</td></tr><tr><td>Estación de trabajo anaeróbica</td><td>GENE SCIENCE</td><td>E200G</td><td>Aislamiento bacteriano, pruebas estériles</td></tr><tr><td>Análisis</td><td>GraphPad Prism 5</td><td>v6.07</td><td>Para analizar los datos</td></tr><tr><td>Kits API 20 E</td><td>&nbsp; BioMerieux SA, Francia</td><td>No.1005915090</td><td>Ref 20100 Kits para detectar el metabolismo bacteriano</td></tr><tr><td>Artemia (Camarones en salmuera)</td><td>Shangjia Aquarium Co., Ltd.</td><td></td><td>Quistes de Artemia de la marca Aquamaster, y huevos de camarones en salmuera&nbsp;</td></tr><tr><td>Sistema de ciclo automático para el cultivo de peces</td><td>Ningbo Hairui Technology Co., Ltd</td><td>No Cat</td><td>Mantener el autoclave de peces</td></tr><tr><td></td><td>Manera de celo G154DWS</td><td></td><td>Prepare los materiales</td></tr><tr><td>BHI Aerobic</td><td>Coolaber</td><td>Cat # PM0640</td><td>Se preparó el medio BHI, en el que el medio de 100 mL incluía 3,7 g de polvo BHI.</td></tr><tr><td>El medio BHI Anaerobic</td><td>Coolaber</td><td>Cat#PM0640</td><td>BHI fue preparado y dividido en tubos anaeróbicos bajo el sistema anaeróbico.</td></tr><tr><td>Incubadora bioquímica</td><td>LongYue Co., Ltd</td><td>SPX</td><td>Para peces y placas</td></tr><tr><td>Cabina de bioseguridad</td><td>Haier</td><td>HR40-IIA2</td><td>Tratamiento y pruebas estériles</td></tr><tr><td>Agente blanqueador de 0,02 g/L NaClO</td><td>XILONG SCIENTIFIC Co., Ltd.</td><td>CAS: 7681-52-9</td><td>Solución de trabajo con concentración de hipoclorito de sodio (NaClO): Diluida con solución acuosa de hipoclorito de sodio al 8% o 166,6 uL de hipoclorito de sodio al 6% con 500 mL de agua destilada.</td></tr><tr><td>Placas de sangre de</td><td>oveja:Solarbio</td><td>Cat. NO. TX0030</td><td>Se añadió sangre de oveja estéril desfibrilada a la TSA para preparar placas de sangre al 5%.</td></tr><tr><td>Matraz de cultivo celular</td><td>Corning</td><td>430639</td><td>Para cultivar peces</td></tr><tr><td>Tintes CM-Dil Sondas moleculares</td><td></td><td>Cat#C7000&nbsp; &nbsp;</td><td>Para etiquetar las bacterias</td></tr><tr><td>Incubadora de agitación a temperatura constante</td><td>Peiving Co., Ltd</td><td>HZQ-X100 Base de datos de</td><td>cultivo bacteriano</td></tr><tr><td>NCBI</td><td></td><td>Base de datos de bacterias y arqueas</td><td>Enlace: Archaea FTP: ftp://ftp.ncbi.nlm.nih.gov/refseq/TargetedLoci/Archaea/ Bacterias FTP: ftp://ftp.ncbi.nlm.nih.gov/refseq/TargetedLoci/Bacteria/</td></tr> <tr><td>Pipeta desechable Pasteur</td><td>biosharp</td><td>bs-xh-03l</td><td>Se utiliza para cambiar el agua y transferir huevos</td></tr><tr><td>Placa de Petri desechable</td><td>biosharp</td><td>BS-90-D</td><td>Para cultivar</td>kits de</tr><tr><td>ADN</td> de peces <td>Solaribio</td><td>Cat#D1600</td><td>Kits de extracción de ADN genómico bacteriano&nbsp;</td></tr><tr><td>Pipeta eléctrica</td><td>SCILOGEX</td><td>Levo me</td><td>Cambiar agua</td></tr><tr><td>Exiguobacterium</td><td>NCBI base de datos</td><td>No.MK178504</td><td>2019-JPP-ESN</td></tr><tr><td>GZM</td><td>Sal marina:LANDEBAO Co., Ltd.</td><td>No Cat</td><td>Compuesto por 1 L de agua y 1,5 mL de solución de sal marina (40 g/L), esterilizado en autoclave. El contenido de sal marina en la solución de GZM fue de 60 mg/L.</td></tr><tr><td>Sistema de laboratorio de agua pura</td><td>Hitech Co., Ltd</td><td>Prima-S15</td><td>Prepare los agentes</td></tr><tr><td>Microscopio</td><td>Nikon</td><td>SMZ18</td><td>Con luz fluorescente para observar larvas de peces</td></tr><tr><td>Kits de PCR</td><td>TIANGEN</td><td>Cat#ET101</td><td>Taq Kit de ADN Polimerasa</td></tr><tr><td>Pipeta</td><td>LABSELECT&nbsp;</td><td>sp-013-10</td><td>Agua de cambio</td></tr><tr><td>Povidona yodada (PVP-I)</td><td>Aladdin</td><td>Lote#H1217005</td><td>Solución acuosa povidona yodada 0,4 g/L agua pura.</td></tr><tr><td>Convertidor de temporización</td><td>PinYi Co., Ltd</td><td>AL-06</td><td>Para regular la luz</td></tr><tr><td>TSA placas</td><td>triptona:Oxoid ; peptona de soja:Solarbio ; NaCl:Biosharp; polvo de agar: BioFroxx.</td><td>triptona:LP0042B; peptona de soja:Cat#S9500; NaCl:BS112; Polvo de agar: 9002-18-0.</td><td>Las placas TSA se prepararon con medio de 400 mL que contenía 6 g de triptona, 2 g de peptona de soja, 2 g de NaCl, 6 g de agar en polvo.</td></tr><tr><td>TSB Triptona aeróbica</td><td>:Oxoid ; peptona de soja:Solarbio ; NaCl:Biosharp;</td><td>triptona:LP0042B; peptona de soja:Cat#S9500; NaCl:BS112;</td><td>Se preparó el medio TSB, en el que el medio de 400 mL incluía 6 g de triptona, 2 g de peptona de soja y 2 g de NaCl.</td></tr><tr><td>TSB Triptona anaeróbica</td><td>:Oxoid ; peptona de soja:Solarbio ; NaCl:Biosharp;</td><td>triptona:LP0042B; peptona de soja:Cat#S9500; NaCl:BS112;</td><td>Se preparó el medio TSB y se dividió en los tubos anaeróbicos bajo el sistema anaeróbico.</td></tr><tr><td>Banco de trabajo ultralimpio</td><td>Airtech</td><td>SW-CJ-2FD</td><td>Tratamiento y pruebas estériles</td></tr><tr><td>Sistema de flujo ultrapuro para el cultivo de peces</td><td>Empresa de equipos biológicos marinos</td><td>No Cat</td><td>Producir agua para peces</td></tr><tr><td>Vibrio</td><td>NCBI Base de datos</td><td>No.MK178501</td><td>2019-JPP-ESN</td></tr></tbody></table>

generación, mantenimiento e identificación de modelos de pez cebra libres de gérmenes desde las larvas hasta las etapas juveniles

Generation, Maintenance, and Identification of Germ-Free Zebrafish Models from Larvae to Juvenile Stages

El pez cebra sirve como modelos valiosos para la investigación sobre el crecimiento, la inmunidad y la microbiota intestinal debido a sus similitudes genómicas con los mamíferos, embriones transparentes desarrollados en un entorno de corion relativamente limpio y un desarrollo extremadamente rápido de las larvas en comparación con los modelos de roedores. El pez cebra libre de gérmenes (Danio rerio) es crucial para evaluar la toxicidad de los contaminantes y establecer modelos de enfermedades similares a las humanas relacionadas con las funciones microbianas. En comparación con los modelos de cría convencional (CR) (peces en cría común), el pez cebra GF permite una manipulación más precisa de la microbiota del huésped, lo que ayuda a determinar la relación causal entre los microorganismos y los huéspedes. En consecuencia, desempeñan un papel fundamental en el avance de nuestra comprensión de estas relaciones. Sin embargo, los modelos de pez cebra GF generalmente se generan e investigan durante las primeras etapas de la vida (desde embriones hasta larvas) debido a limitaciones en la función inmune y la absorción de nutrientes. Este estudio optimiza la generación, el mantenimiento y la identificación de modelos tempranos de pez cebra GF sin alimentación y con alimentación a largo plazo utilizando alimentos GF (como Artemia sp., camarones en salmuera). A lo largo del proceso, se realizaron muestreos e identificados diariamente a través de múltiples detecciones, incluidas placas y secuenciación de ARNr 16S. Se registraron la tasa de aséptica, la supervivencia y los índices de desarrollo del pez cebra GF para garantizar la calidad y cantidad de los modelos generados. Es importante destacar que este estudio proporciona detalles sobre el aislamiento bacteriano y las técnicas de infección para peces GF, lo que permite la creación eficiente de modelos de peces GF desde las etapas larvales hasta juveniles con el apoyo alimenticio de GF. Al aplicar estos procedimientos en la investigación biomédica, los científicos pueden comprender mejor las relaciones entre las funciones bacterianas intestinales y la salud del huésped.

Los modelos de pez cebra GF se pueden producir de manera eficiente utilizando los abundantes huevos desovados por parejas de peces cebra, con el protocolo optimizado sobre la base de modelos anteriores de peces GF35. Una sola placa de 6 pocillos puede cultivar aproximadamente de 30 a 48 embriones/larvas, lo que permite una amplia recopilación de datos y análisis estadísticos. Después del tratamiento estéril, los embriones GF se cultivan en una incubadora limpia hasta la eclosión de las larvas a las 48-72 h, y se cambian diariamente de GZM con la detección de las muestras recogidas, lo cual es crucial para mantener el estado libre de gérmenes (Figura 1). Después de 7 dpf, el alimento de yema de huevo y Artemia viva debe prepararse para las etapas de larvas a juveniles. Durante el crecimiento y desarrollo de los peces, el volumen, el recipiente y la densidad de GZM deben regularse o cambiarse a tiempo para evitar la muerte y el fracaso del estado estéril. Si la detección no muestra contaminación bacteriana, los modelos exitosos de GF pueden mantenerse como crónicos desde la juventud hasta la edad adulta temprana, pero la tasa de supervivencia es mucho menor en la práctica. Por último, se puede medir la tasa de esterilidad, la tasa de supervivencia, el índice de desarrollo, el comportamiento, el análisis histopatológico y el perfil de transcripción de los modelos de peces GF y CR para explorar la influencia de la microbiota y los campos de cribado de fármacos. En este estudio, se compararon los índices clave de desarrollo (Figura suplementaria 1), y la tasa de eclosión de los peces GF fue un 45,7% más baja que la de los peces CR, con un 60% a 72 hpf. Las frecuencias cardíacas de las larvas de GF a 7 dpf fueron significativamente más bajas a 18,2 latidos/10 s en comparación con los peces CR con 22,6 latidos/10 s, pero no hubo diferencia entre los dos grupos a 14 dpf con tasas de 23,5-23,8 latidos/10 s. La tasa de supervivencia de los peces GF a 7 dpf fue la misma que la de los peces CR en un 86,7%, pero disminuyó al 60% a 14 dpf en comparación con el 80% de los peces CR. Sin embargo, las tasas de supervivencia de los peces GF y CR disminuyeron a 25%-10% después del período de boca abierta cuando adquirieron habilidades o hábitos alimenticios. El hecho de que los peces no mantuvieran el estado estéril fue una de las razones de la menor tasa de supervivencia. Por lo tanto, la alimentación y el mantenimiento de nutrientes desde las etapas juveniles hasta la adultez temprana son desafíos críticos en la piscicultura.
Otro factor clave que afecta el crecimiento y desarrollo de los peces es la alimentación. En este estudio, exploramos múltiples métodos para obtener GF Artemia como alimento vivo para larvas de pez cebra GF a largo plazo para juveniles y adultos (proceso mostrado en la Figura 2). Debido al uso diario de alimentos para los peces GF, el protocolo optimizado para GF Artemia debería ser fácil, rápido y económico en la práctica. Después de comparar el movimiento activo y la muerte/inmovilidad de los nauplios observados por el microscopio, las características de los nauplios, los huevos no eclosionados y la cáscara, se perfecciona el método. Después de la incubación diaria, se observaron y midieron bajo el microscopio los índices de GG Artemia fresca obtenidos de los biberones, incluyendo la eclosión, la supervivencia y la tasa de deformidad, y la longitud y el peso de los nauplios (Figura 3). Después del tratamiento, la tasa de eclosión de los quistes de Artemia fue alta, con un promedio del 88,15%, la supervivencia de los nauplios nadadores fue del 77,83% y la tasa de malformaciones fue del 1,87%. La longitud corporal de los nauplios fue de 546,70 μm y el índice de peso corporal fue de 3,80 mg/100, los cuales son adecuados para la captura y alimentación de peces desde el período de larvas hasta las etapas juveniles y adultas.
La detección de peces GF y GF Artemia también es importante para el mantenimiento del modelo. De acuerdo con la recolección de muestras y múltiples métodos de prueba, los resultados pueden proporcionar el éxito de los embriones de pez cebra tratados y los quistes de Artemia en la placa cultivada y en el medio líquido (Figura 4). Las distintas muestras recogidas diariamente deben detectarse como estériles en todos los métodos de ensayo, que pueden indicar los modelos GF en el momento de la recogida. La artemia GF debe detectarse antes de alimentarse con peces GF, o los resultados de la incubadora en placa y medio deben referirse al estado estéril de los nauplios vivos frescos. Es decir, cultivar GF Artemia a partir de quistes en placas TSA o vidrio de medio líquido TSB o BHI en incubación por batido, que podría usarse para generar GF Artemia y verificación estéril al mismo tiempo. El protocolo GF Artemia puede acomodar un número limitado de larvas para alimentarse. Durante el proceso de alimentación, se evidenció que la Artemia GF nadaba dentro de la GZM y luego fue capturada y consumida por las larvas de peces GF.
Las aplicaciones de los modelos de peces GF involucran diversos campos de la biología y la medicina, permitiendo la investigación de las funciones microbianas, el crecimiento y el desarrollo, los mecanismos de enfermedades y el cribado de probióticos o fármacos, entre otros46. En este estudio, por ejemplo, se aislaron dos bacterias intestinales principales, Aeromonas sp. y Vibrio sp., del pez cebra. Se realizaron las características e identificación de las colonias, y se midieron múltiples funciones metabólicas in vitro utilizando kits disponibles en el mercado (Figura 5). Estas bacterias fueron aisladas e identificadas con secuenciación 16S, y los resultados del blasto fueron presentados en un informe previo42. Las cepas bacterianas identificadas permiten la investigación científica sobre el impacto de la microbiota única o combinada en la salud del huésped mediante la infección de los modelos de peces GF. La transparencia de las larvas de peces permite la observación de células bacterianas marcadas con fluorescencia utilizando colorantes CM-Dil, revelando la colonización y distribución en los intestinos de los peces GF (como se muestra en la Figura 6). Después de una infección bacteriana a 5 dpf, las larvas de pez cebra GF pueden ser visualizadas con un microscopio de fluorescencia y observadas continuamente de 6 a 14 dpf, proporcionando información sobre las funciones microbianas combinadas con los índices de desarrollo, los cambios histopatológicos y las alteraciones moleculares47.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66512/66512fig01.jpg"> Figura 1: Protocolo del pez cebra GF desde embriones hasta larvas y juveniles. Los pasos clave en la generación del pez cebra GF incluyen: (1) Recolección de embriones de pez cebra de tipo salvaje y colocación en AB-GZM. (2) Tratamiento de enjuague con agentes PVP-I y NaClO para garantizar una esterilidad completa. (3) Cultivo de embriones/larvas GF en placas de 6 pocillos con GZM, renovando el medio diariamente. (4) Regulación de las condiciones de cultivo para un crecimiento y desarrollo óptimos. (5) Toma de muestras en varias etapas de desarrollo, seguidas de pruebas de esterilidad utilizando métodos de placa y medio líquido. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66512/66512fig01large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66512/66512fig02.jpg"> Figura 2: Protocolo de preparación de GF Artemia como alimento vivo para peces GF. Los pasos clave incluyen: (1) Tratamiento de enjuague de los quistes de Artemia para una esterilidad completa. (2) Preparación de quistes GF en el medio. (3) Incubación en una solución salina durante 24 h para favorecer la eclosión. (4) Filtración de eclosión fallida y huevos vacíos para recolectar nauplios activos. (5) Lavado de nauplios recolectados para eliminar los desechos, asegurando alimentos vivos de alta calidad y libres de contaminantes. (6) Pruebas de esterilidad de la Artemia GF antes de alimentar a las larvas de peces GF. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66512/66512fig02large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66512/66512fig03.jpg"> Figura 3: Índices de quistes y nauplios de GF Artemia incubados durante 24 h. (A) Quistes de Artemia sin tratar con película de impurezas (barra de escala: 500 μm). (B) Quistes de Artemia tratados con una superficie ligeramente convexa después de la absorción de agua y una apariencia más limpia (barra de escala: 500 μm). (C) Examen microscópico de nauplios vivos de Artemia GF incubados en fresco (barra de escala: 2000 μm) y (D) aumento con una barra de escala de 1000 μm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66512/66512fig03large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66512/66512fig04.jpg"> Figura 4: Detección estéril de peces GF en cada etapa de la vida y GF Artemia. (A) Pruebas estériles de muestras de peces CR y GF utilizando medio líquido TSB y BHI, TSA y placas de sangre en condiciones aeróbicas y anaeróbicas. (B) Pruebas estériles de quistes de Artemia no tratados, quistes de Artemia GF y nauplios utilizando medio líquido TSB y BHI, TSA y placas de sangre en condiciones aeróbicas y anaeróbicas. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66512/66512fig04large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66512/66512fig05.jpg"> Figura 5: Aislamiento e identificación de bacterias intestinales en pez cebra. (A) Cepas bacterianas, características de las colonias, mapas de secuenciación 16S (ejemplos: Aeromonas sp. y Vibrio sp.). (B) Géneros y accesiones NCBI. (C) Funciones metabólicas de bacterias aisladas del intestino del pez cebra. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66512/66512fig05large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66512/66512fig06.jpg"> Figura 6: Infección y colonización de cepas de bacterias intestinales en el pez cebra GF. (A) Recuperación de cepas bacterianas aisladas e identificadas para experimentos de infección. (B) Marcaje de bacterias con colorantes fluorescentes e infección de larvas de pez cebra GF a 5 dpf. Aumento: 1x. (C) Observación de la distribución y colonización de bacterias (Vibrio sp.) en los tejidos intestinales in vivo. Aumento: 3x. (D) Recuento de UFC de bacterias (Aeromonas sp. y Vibrio sp.) en cada larva de pez por muestreo diario. Los datos presentan la media ± SEM. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66512/66512fig06large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>Imprimaciones</td>
			<td>Secuencias (5'-3')</td>
			<td>Longitud del producto</td>
		</tr><tr><td>27F</td>
			<td>AGAGTTTGATCMTGGCTCAG</td>
			<td rowspan="2">1465 bp</td>
		</tr><tr><td>1492R</td>
			<td>ACGGYTACCTTGTTACGACTT</td>
		</tr><tr><td>63F</td>
			<td>CAGGCCTAACACATGCAAGTC</td>
			<td rowspan="2">1324 bp</td>
		</tr><tr><td>1387R</td>
			<td>GGGCGGWGTGTACAAGGC</td>
		</tr></tbody></table>Tabla 1: Imprimaciones utilizadas para la detección de bacterias.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>Componentes</td>
			<td>Unidades</td>
			<td>Volumen (μL)</td>
		</tr><tr><td>ADN polimerasa Taq</td>
			<td>2,5 U/μL</td>
			<td>0.1</td>
		</tr><tr><td>10× tampón (mg2+)</td>
			<td>---</td>
			<td>2.1</td>
		</tr><tr><td>Mezcla dNTP</td>
			<td>2,5 mM</td>
			<td>1.6</td>
		</tr><tr><td>Imprimación 27F</td>
			<td>10 μM</td>
			<td>1</td>
		</tr><tr><td>Imprimación 1492R</td>
			<td>10 μM</td>
			<td>1</td>
		</tr><tr><td>Libre de ADN/ARN H2O</td>
			<td>---</td>
			<td>13.2</td>
		</tr><tr><td>Plantilla de ADN</td>
			<td>---</td>
			<td>1</td>
		</tr><tr><td>Volumen total</td>
			<td>---</td>
			<td>20</td>
		</tr></tbody></table>Tabla 2: Concentración final y volumen de componentes por reacción.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>Paso</td>
			<td>Temperatura</td>
			<td>Hora</td>
			<td>Ciclos</td>
		</tr><tr><td>Desnaturalización inicial</td>
			<td>95 °C</td>
			<td>4 minutos</td>
			<td>--</td>
		</tr><tr><td>Desnaturalización</td>
			<td>94 °C</td>
			<td>1 minuto</td>
			<td rowspan="3">35</td>
		</tr><tr><td>Recocido</td>
			<td>55 °C</td>
			<td>1 minuto</td>
		</tr><tr><td>Extensión</td>
			<td>72 °C</td>
			<td>1 minuto</td>
		</tr><tr><td>Prórroga final</td>
			<td>72 °C</td>
			<td>10 minutos</td>
			<td>--</td>
		</tr><tr><td>Sostener</td>
			<td>4 °C</td>
			<td>∞</td>
			<td>--</td>
		</tr></tbody></table>Tabla 3: Programa de PCR para la amplificación del gen 16S rRNA.
Figura complementaria 1: Los índices críticos de desarrollo de los modelos de pez cebra GF y CR. (A) La tasa de eclosión de los peces cebra CR y GF a 72 hpf, y (B) latidos cardíacos/10 s de los peces CR y GF a 7 dpf y 14 dpf. Las tasas de supervivencia (%) de los peces CR y GF disminuyeron de 7 días a 14 días con 86%, 60%-80% a 10%-25% a 30 dpf. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66512/Supplementary%20Figure%201.zip" target="_blank">Haga clic aquí para descargar este archivo.</a>

Este protocolo describe los pasos principales para obtener embriones de peces libres de gérmenes (GF) y mantenerlos desde las larvas hasta la etapa juvenil, incluido el muestreo y la detección de su estado estéril. El uso de modelos de GF con infección es importante para comprender el papel de los microbios en la salud del huésped.

Generación, mantenimiento e identificación de modelos de pez cebra libres de gérmenes desde las larvas hasta las etapas juveniles

Zebrafish serve as valuable models for research on growth, immunity, and gut microbiota due to their genomic similarities with mammals, transparent ...

El alcance de esta investigación es la generación de nuevos modelos animales libres de gérmenes, que serán herramientas útiles y poderosas en la investigación de diversas funciones del microbioma. En este campo, los primeros modelos de peces libres de gérmenes se han utilizado recientemente, pero los modelos a largo plazo aún son limitados debido a diversas condiciones de cultivo y la defensa del desarrollo del personal. Los modelos actuales de peces GF son normalmente los de los primeros años de vida.Por lo tanto, las tecnologías, incluida la escala estéril, los métodos de detección de muestras y el suministro de alimentos estériles, son desafíos muy importantes a superar. El modelo de pez cebra libre de gérmenes es crucial para estudiar la interacción entre el huésped y la microbiota y sus impactos en el desarrollo, la inmunidad y la enfermedad. Este modelo permite a los investigadores manipular con precisión las bacterias intestinales individuales y observar su efecto en los embriones transparentes de pez cebra.Proporciona información valiosa sobre el papel de los microbios intestinales en la herencia de la enfermedad. En el futuro, nuestra investigación se centrará principalmente en establecer un modelo de pez cebra libre de gérmenes durante todo el ciclo de vida para comprender mejor la función del microbioma intestinal.

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Research

Investigación

JoVE Journal

Developmental Biology

Biología del Desarrollo

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La generación de embriones quiméricos de pez cebra mediante un trasplante

Este protocolo describe un mantenimiento regular y el cuidado para mantener las condiciones óptimas para la cría de peces cebra. El vídeo muestra el protocolo para el mantenimiento del sistema, la vivienda, la alimentación, la reproducción, y la crianza de larvas de pez cebra.

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Preparativos Piso en observación y análisis de embrión de pez cebra muestras teñidas por todo el montaje<em&gt; In situ</em&gt; La hibridación

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