כאן אנו מתארים הליך לעיכוב תפקוד גן ביתושי וקטור מחלה באמצעות chitosan / מפריע חלקיקי RNA המעובדים על ידי זחלים.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
כאן אנו מתארים הליך לעיכוב תפקוד גן ביתושי וקטור מחלה באמצעות chitosan / מפריע חלקיקי RNA המעובדים על ידי זחלים.
יתושי וקטור לגרום יותר סבל אנושי מכל אורגניזם אחר - ולהרוג יותר ממיליון אנשים בכל שנה. פרויקטי הגנום היתוש הקלו מחקר בהיבטים חדשים של ביולוגיה יתושים, כוללים מחקרים גנטיים תפקודיים בווקטור העיקרי אפריקה המלריה אנופלס gambiae ודנגי וקדחת צהובה וקטור Aedes aegypti. השתקת interference- RNA (RNAi-) בתיווך הגן נעשתה שימוש כדי למקד את הגנים של עניין בשני מיני יתושים וקטור מחלה אלה. כאן אנו מתארים הליך להכנת chitosan / מפריעים חלקיקי RNA שמשולבים עם אוכל ומעובדים על ידי זחלים. זה תפוקה גבוהה מבחינה טכנית פשוטה, ומתודולוגיה זולה יחסית, אשר תואם עם RNA הארוך גדילים הכפול (dsRNA) או מולקולות קטנות מפריעות RNA (siRNA), היו בשימוש כבר מציאה המוצלחת של מספר גנים השונים בא gambiae וא ' aegyptiזחלים. בעקבות האכלות זחל, מציאה, אשר מאומת באמצעות qRT-PCR או הכלאה באתר, יכולים להימשך, לפחות עד השלב מאוחר גלמים. מתודולוגיה זו עשויה להיות ישימה למגוון רחב של יתושים ומיני חרקים אחרים, כוללים מזיקים בחקלאות, כמו גם אורגניזמים שאינם מודל אחרים. בנוסף לשירות שלה במעבדת המחקר, בעתיד, chitosan, פולימר זול, שאינו רעיל ומתכלה, עלול להיות מנוצל בתחום.
יתושי וקטור האכלת דם של genera Anopheline וAedine לשדר גורמי המחלות אחראים לכמה מהמכות הגרועות ביותר של המין האנושי. 3.4 מליארד אנשים מוערכים הם בסיכון להידבקות במלריה, שהוא אחראי למוות למעלה מחצי מ'מדי שנה ברחבי העולם. תוצאות מלריה מזיהום על ידי sp Plasmodium. טפילים, אשר מועברים לאנשים דרך העקיצות של יתושים נגועים מסוג אנופלס, כוללים הווקטור העיקרי האפריקאי אנופלס gambiae (http://www.who.int/topics/malaria/en/ , 2014) 1. Aedes aegypti הוא וקטור היתושים העיקרי לוירוס דנגה, מה שגורם לקדחת דנגה, מחלה המלווה בחום ספציפי שהיא המחלה הנפוצה arboviral והמשמעותית ביותר בעולם. וירוס דנגה הוא כיום איום ל> 2.5 מליארד בני אדם באזורים הטרופיים, עם inciden שנתיce של כ -50 מיליון מקרים וכתוצאה מכך ~ 24,000 מקרי מוות בשנה (http://www.cdc.gov/dengue/, 2014) 2. למרות ההשפעה הגלובלית ההרסנית של מחלות שמקורן יתושים על בריאות אדם, אמצעי יעיל למניעה וטיפול במחלות אלה חסרים. הדברת יתושים היא כיום השיטה הטובה ביותר למניעת מחלה.
הפוטנציאל לשליטה במחלות שמקורן בפרוקים-רגליים על ידי המניפולציה הגנטית של חרקים וקטור הוכר במשך ארבעה עשורים 3. זנים מהונדסים של א ' aegypti שתוכנן להיות בפנוטיפ לעוף נשי ספציפי repressible עשה בתקופה האחרונה את הפוטנציאל לשימוש באסטרטגיות בקרת וקטור מהונדסים מציאות 4-6. התקדמות אלה אתגרה חוקרים לזהות מטרות גנטיות חדשניות לבקרת וקטור ואמצעים נוספים של המניפולציה תפקוד גן ביתושי וקטור. שינוי של d ביטוי גניםפיתוח uring, כפי שהיה במקרה ביתושי נקבה-לעוף 4, עשוי לקדם את ההבהרה של אסטרטגיות בקרת וקטור רומן. עם זאת, במידה רבה בשל אתגרים טכניים, הפונקציות של מעט מאוד גנים מתאפיינות בפיתוח של א ' gambiae, א aegypti, או מיני יתושים אחרים.
מאז גילויו בג 7 elegans, התערבות RNA (RNAi), שנשמרת בבעלי חיים, צמחים, ומיקרואורגניזמים, כבר בשימוש נרחב למחקרים גנטיים פונקציונליים במגוון רחב של אורגניזמים, כולל חרקים 8,9. מסלול RNAi הוא ביוזמת דייסר, שדבק dsRNA הארוך לתוך siRNAs ארוך נוקלאוטיד 20-25 קצר המתפקדים כRNA להתערב רצף ספציפי. גני שתיקה siRNAs כי הם משלימים ברצף על ידי קידום מחזור תמליל, מחשוף, ושיבוש התרגום 9. מולקולות ארוכות dsRNA (בדרך כלל 300-600 נקודות בסיס) או siRNAs מיקוד המותאם אישית particulaרצף r ניתן להשתמש במעבדת המחקר להשתקה כל גן של עניין. על ידי ניהול כאשר מפריע מועבר RNA, חוקרים יכולים לקבוע את הזמן שבו גן השתקה יוזמת. יתרון זה הוא שימושי כפי שהוא יכול להשתמש בו כדי להתגבר על אתגרים כגון קטלני או עקרות התפתחותית, אשר יכול לעכב את הייצור ותחזוקה של זני נושאות מוטציות תורשתיות, תהליך יקר ועתירת עבודה שאינו זמין עדיין בכל מיני החרקים. למרות התואר של השתקת גנים על ידי RNAi יכול להשתנות מגן לגן, רקמה לרקמה, ובעלי חי בעלי חיים, RNAi הוא בשימוש נרחב לניתוח פונקציונלי של גנים ביתושים וחרקים אחרים 8,9.
שלוש אסטרטגיות משלוח RNA להתערב כבר בשימוש ביתושים: microinjection, יישום שריה / אקטואלי, ובליעה. להיסטוריה והשוואה של השימוש בשלוש הטכניקות הללו בחרקים מפורטים, עיין באל יו et 8. Wדואר השתמש בהצלחה microinjection 10 כאמצעי לאספקת siRNAs למקד גני התפתחותיים בא עוברי aegypti, זחלים, גלמים ו11-14. עם זאת, אסטרטגית משלוח עתירת עבודה זו דורשת גם התקנת microinjection ומיומנת יד. יתר על כן, microinjection מלחיץ את האורגניזם, גורם מבלבל, במיוחד כאשר פנוטיפים התנהגותיים יוערכו. לבסוף, משלוח microinjection לא ניתן להרחיב לתחום עבור בקרת וקטור. כחלופה, שריה האורגניזם להתערב פתרון RNA הפכה גם אמצעי פופולרי של גרימת השתקת גנים, כפי שהוא נוח ודורש ציוד או עבודה קטן. שריה יש בעיקר יושמה בשורת תאי חרקים לומד 8, אך במחקר שנערך לאחרונה, מציאה הושגה בא זחלי aegypti שקועים בפתרון של 15 dsRNA, שבעלי החיים הופיעו לבליעה. עם זאת, למחקרים שכלל ניתוח של experimenta מרובהקבוצות l או פנוטיפים, שריה היא די יקרה. לופז-מרטינז et al. 16 תיארו להחזרת נוזלים מונעים RNAi, גישה חדשנית להתערבות משלוח RNA שכרוכה התייבשות בתמיסת מלח והחזרת נוזלים עם טיפה אחת של מים המכילים RNA להתערב. גישה זו אין לחתוך את העלויות כרוכות בטבילת בעלי חיים שלמה, אבל הוא יקר יותר מאשר microinjection ועשויה להיות מוגבלת בבקשתו למינים שיכולים לסבול לחצים האוסמוטי גבוהים. יתר על כן, קשה לדמיין איך טבילה או מתודולוגיה טבילה / התייבשות התייבשות יכולה להיות מותאמת לבקרת וקטור בתחום. מסיבות אלה, ללימודי פוסט-עובריים, לידה בהתערבות RNA עם אוכל לבלוע היא אסטרטגיה חלופית בת קיימא.
למרות שאסטרטגיות מבוססות בליעה לא עובדות בכל מיני החרקים, אולי בעיקר melanogaster דרוזופילה, משלוח אוראלי של התערבות RNA מעורבב עם מזון קידם si הגןlencing במגוון רחב של חרקים 8,17 א כולל, מבוגרים aegypti 18. שתארנו RNAi בתיווך ננו-חלקיקי chitosan בא זחלי gambiae 19 ויישם גישה זו של הפחתה של ביטוי גנים בא בהצלחה זחלי aegypti 20,21. כאן, מתודולוגיה להליך RNAi זה, הכולל כולא בהתערבות RNA על ידי chitosan הפולימר, היא מפורטת. Chitosan / חלקיקי RNA להתערב נוצרים על ידי הרכבה עצמית של polycations עם התערבות RNA באמצעות הכוחות אלקטרוסטטיים בין מטענים החיוביים של קבוצות אמינו בchitosan ומטענים שליליים המבוצעים על ידי קבוצות פוספט בעמוד השדרה של התערבות RNA 19. ההליך המתואר תואם עם שתי מולקולות ארוכות dsRNA (להלן כפי dsRNA) או גדילים כפולים siRNA (להלן כפי siRNA). סינתזה, chitosan / חלקיקי RNA להתערב הבאים מעורבבים עם מזון זחל ונמסרו לזחלים באמצעות בליעה דרך הפה. מתודולוגיה זו היא זולה יחסית, דורשת ציוד ועבודה 19 קטנים, ומאפשרת ניתוח תפוקה גבוהה של פנוטיפים מרובים, כוללים ניתוח של התנהגויות 20,21. מתודולוגיה זו, אשר יכולה להיות מותאמת ללימודי השתקת גנים בחרקים אחרים, כוללים וקטורי מחלה אחרים ומזיקים בחקלאות חרקים, העלול לשמש להשתקת גנים במגוון רחב של בעלי חיים אחרים. יתר על כן, chitosan, פולימר זול, שאינו רעיל ומתכלה 22, עלול להיות מנוצל בתחום של בקרת מינים ספציפי יתושים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. מינים יתושים וגידול
2. dsRNA וsiRNA עיצוב והפקה
3. הכנת Chitosan / מפריעים RNA חלקיקים
4. הכנת מזון המכיל Chitosan יתוש / מפריע RNA חלקיקים
5. האכלת זחלי יתוש עם מזון המכיל Chitosan / מפריע RNA חלקיקים
6. אישור של ג'ין מציאה
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
א gambiae:
חלקיקי Chitosan / dsRNA נוצרים כתוצאה מהאינטראקציה אלקטרוסטטית בין קבוצות אמינו של chitosan וקבוצות פוספט של dsRNA. היעילות של שילוב dsRNA לתוך חלקיקים היא בדרך כלל מעל 90%, כפי שנמדד על ידי דלדול של dsRNA מהפתרון. תמונות במיקרוסקופ כוח אטומית עולות כי ממוצעי גודל חלקיקי chitosan-dsRNA nm 140 בקוטר, הנע 100-200 ננומטר (איור 1).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
Chitosan / מתודולוגיה ננו-חלקיקי RNA התערבות המתוארות במסמך זה נעשתה שימוש כדי למקד ביעילות גנים במהלך התפתחות זחל בא gambiae (איורים 2, 3) וא ' aegypti (איורים 4, 5, 6, לוחות 1, 2). ניתן להכין חלקיקי Chitosan גם עם dsRNA הארוך או siRNA, אשר שניהם שימשו בהצלחה ביתושים כפי שמעידה תוצאות הנציג המתוארות במסמך זה. סינתזה של dsRNA היא זולה יותר מאשר רכישת siRNA, אבל הוא יותר עבודה אינטנסיבית. אם chitosan / siRNA משמש, ניתן לאשר פנ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
מימון מתחנת הניסויים החקלאיים של קנזס והמרכז לגנומיקה של פרוקי רגליים K-State ל-KYZ תמך בפיתוח המקורי של השתקת גנים בתיווך צ'יטוזן/dsRNA ב-A. gambiae19. עבודת A. gambiae המתוארת כאן נתמכה בחלקה על ידי R01-AI095842 מ-NIH/NIAID ל-KM. פיתוח השתקת גנים בתיווך צ'יטוזן/siRNA ב-A. aegypti20,21 נתמך על ידי פרס NIH/NIAID R01-AI081795 ל-MDS. תוכן מחקר זה הוא באחריות המחברים בלבד ואינו מייצג בהכרח את העמדות הרשמיות של ה-NIH.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 0.02 מ"ל פיפטמן | Rainin | PR20 | להשעיה מחדש של RNA מפריע |
| 0.2 מ"ל פיפטמן | Rainin | PR200 | להשעיה מחדש של RNA מפריע והכנת RNA/ננו-חלקיקים מפריעים |
| 0.5 מ"ל צינור בוגר | פישר סיינטיפיק | 05-408-120 | על ציטוט מושעה RNA מפריע |
| 1 מ"ל פיפטמן | Rainin | PR1000 | על השעיה מחדש של RNA מפריע והכנת RNA/ננו-חלקיקים מפריעים |
| 1.5 מ"ל שפופרת מדורגת | פישר סיינטיפיק | 05-408-046 | להכנת RNA/ננו-חלקיקים מפריעים |
| 1M נתרן אצטט, pH 4.5 | TEKnova | S0299 | להכנת חומצה אצטית חומצה אצטית נתרן אצטט |
| , AIRSTAR. ACS, USP, FCC דרגת | BDH | VWR BDH3092-500MLP | להכנת מאגר נתרן אצטט |
| Agarose Genetic Technology Grade | MP Biomedicals LLC. | 800668 | לציפוי RNA/ננו-חלקיקים מפריעים מוכנים |
| צנטריפוגה | Eppendorf AG | 5415D | לגלולה RNA/ננו-חלקיקים מפריעים |
| Chitosan, מקליפות שרימפס | Sigma-Aldrich | C3646-25G | לשילוב עם RNA מפריע להכנה של RNA/ננו-חלקיקים מפריעים |
| שמרים יבשים | Universal Food Corp | NA | להכנת מזון זחלי יתושים עם RNA מפריע/ ננו-חלקיקים |
| E-RNAi כלי | המרכז הגרמני לחקר הסרטן | NA | לתכנון dsRNA; http://www.dkfz.de/signaling/e-rnai3// |
| מזון דגי זהב | Wardley | Goldfish FLAKE FOOD | להכנת מזון זחלי יתושים עם RNA/ננו-חלקיקים מפריעים |
| אמבט מים מחומם | Thermo Scientific | 51221048 | לחימום ה-RNA/ננו-חלקיקים המפריעים ב-55oC |
| קרח | לא ישים | לא ישים | להפשרת RNA מפריע והכנת RNA/ננו-חלקיקים |
| [header] | |||
| דלי קרח | פישר סיינטיפיק | 02-591-44 | לאחסון קרח המשמש במהלך ההליך |
| אבקת כבד | MP Biomedicals LLC. | 900396 | להאכיל זחלי יתושים לאחר הפרעה לטיפול ב-RNA/ננו-חלקיקים |
| תנור מיקרוגל | מגוון ספקים | שאינם ישימים | להכנת תמיסת אגרוז 2% |
| פטרידיש (100 x 15 מ"מ) | Fischer Scientific | 875713 | תא הזנת RNA/ננו-חלקיקים מפריעים לזחלים |
| מד pH | מטלר טולדו | S220 | להכנת בופר |
| סכין גילוח | פישר סיינטיפיק | 12-640 | לחלוקת ה-RNA/ננו-חלקיקים המפריעים להזנה |
| siRNA | Thermo Scientific/Dharmacon | המותאם אישית | להכנת siRNA/ננו-חלקיקים |
| נתרן גופרתי, נטול מים (Na2SO4) | BDH/מופץ על ידי VWR | VWR BDH0302-500G | להכנת תמיסת נתרן גופרתי של 50 מ"מ שבה ה-RNA המפריע יהיה |
| מדחום | VWR | 61066-046 | למדידת טמפרטורת אמבט המים |
| קיסמי שיניים | VWR | 470146-908 | לערבוב במהלך הכנת מזון RNA/ננו-חלקיקים מפריעים וחיתוך כדורי ג'ל |
| מקפיא אולטרה-נמוך | מגוון ספקים | שאינם ישימים | לאחסון של כמויות RNA מפריעות ו-RNA/ננו-חלקיקים מפריעים ב-80oC |
| מערבל מערבולת | פישר סיינטיפיק | 02-216-108 | להכנת צ'יטוזן/רנ"א מפריע |
| נייר משקל | פישר סיינטיפיק | NC9798735 | לחלוקת כדור הרנ"א/ננו-חלקיקים המפריע להזנה |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.