方法論記事

マダニ、蚊、およびそれらの伝染病原体の研究方法:ベクター生物学と節足動物と微生物の相互作用の理解を深めるために

DOI：

10.3791/64986

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2023年3月3日

 , 
1Department of Entomology, University of Minnesota

* These authors contributed equally

この記事について

要約

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議論された記事:

Chen, L., Xiao, Q., Shi, M., Cheng, J., Wu, J. ネッタイシマカ細胞株におけるボルバキア株wAlbBの検出.視覚化された実験のジャーナル。 (184)、E63662(2022年)。

Haziqah-Rashid, A. et al. 蚊や他の外温動物の温度選好の決定.視覚化された実験のジャーナル。 (187)、E64356(2022)。

Huang, D. et al. 野外で採集された蚊からの蚊関連ウイルスの分離.視覚化された実験のジャーナル。 (186)、E63852(2022)。

Khoo, B., Cull, B., Oliver, J. D. Ixodes scapularisの人工膜供給。視覚化された実験のジャーナル。64553 (2022) です。

Leal-Galvan, B., Harvey, C., Thomas, D., Saelao, P., Oliva Chavez, A. S. マダニex vivo唾液腺培養および細胞外小胞からのマイクロRNAの単離.視覚化された実験のジャーナル。(182)、E63618(2022)。

Liang, Q. et al. Carpesium abrotanoides L. Journal of Visualized Experimentsによる ネッタイシマカ蚊の幼虫の制御.(186)、E63976(2022年)。

Wang, F. et al. 経口摂食とマイクロインジェクションによる成虫の蚊の実験的ウイルス感染。視覚化された実験のジャーナル。 (185)、E63830(2022年)。

Wang, X. R., Burkhardt, N. Y., Price, L. D., Munderloh, U. G.ダニ細胞株において、リケッチ属を蛍光タンパク質発現シャトルベクターで形質転換するエレクトロポレーション法です。視覚化された実験のジャーナル。(188)、E64562(2022)。

編集記事

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ベクター媒介性疾患 (VBD) は、感染した節足動物ベクター1 の咬傷によってヒトや他の動物に伝染する感染症です。ベクターは世界の熱帯感染症の20%を占め、世界の人口の80%をVBDのリスクにさらしています2。絶対的な吸血性節足動物である蚊やダニは、その直接的な摂食行動と広範囲の病原体(寄生虫、細菌、ウイルス)の伝染により、世界中で公衆衛生と経済的負担の大幅な増加の原因となっています3。したがって、この方法コレクションは、蚊とダニの生物学の包括的な知識に基づいたさまざまな技術を通じて、これらのベクターを研究するための本質的で補完的なアプローチを幅広く導入することを目的としています。蚊やダニの基本的な側面(in vitroおよびin vivo)、それらによって媒介および伝染する微生物(ベクター、共生生物、病原体、および脊椎動物宿主間の相互作用)、およびベクター制御アプローチに関する研究がこのメソッドコレクションに含まれています。

節足動物ベクターの生存と病原体の維持および伝達能力は、温度と密接に関連しています4。Haziqah-Rashid らは、蚊の温度の好みを決定するためのシンプルで低コストの方法を提示します5.それらの装置は、温度の異なるリンクされたチャンバーで構成されており、蚊(および他の飛んでいる昆虫)が好みの環境に自由に飛ぶことができるため、最適な昆虫温度を決定することができます。これは、病原体感染、食事、内部共生生物の存在など、さまざまな操作が昆虫の温度の好みに及ぼす影響を判断したり、病気の媒介者の確立のための地域の気候適合性を評価するモデリング研究で使用するパラメーターを定義するのに役立ちます。

気候温暖化の恩恵を受けると予測され、国際貿易を通じて世界中に広がっている侵入蚊の1つが、アジアトラ蚊、ネッタイシマカ6です。 複数のウイルスの媒介者として、この種は人間の健康に対する脅威を増大させており、この蚊との戦いでは新しい防除方法が重要になります。彼らの論文の中で、Liangらは、魚に有害な影響を示さず、A.albopictus幼虫に対して高い有効性を示す新しい植物由来の殺虫剤の調製について説明しており、これは環境毒性が低いことを示唆しています7。調査の初期段階にすぎませんが、この植物性殺虫剤は有望な蚊駆除候補であり、他の重要な蚊種に対して効果的であることが証明される可能性があります。

母体から伝染する内部共生生物ボルバキアは、蚊の野外個体群におけるデング熱ウイルスの制御に有望であることを示しており、デング熱抑制への展開の可能性を示しています8,9。しかし、この現象を引き起こすメカニズムは十分に特徴付けられていないため、蚊と内部共生生物とウイルスの相互作用についてのより深い理解が必要です。これらの相互作用を研究するためのツールを提供するために、Chenらは、蚊細胞におけるボルバキアの検出と定量のための一連の相補的な核酸ベースおよび抗体ベースの方法を説明しており、これはさまざまなボルバキアを保有する昆虫にも適用できます10。

蚊媒介ウイルスの監視は、健康に潜在的な脅威をもたらす可能性のある循環ウイルスを検出するために重要であり、この監視は、新しい病原性ウイルスまたは昆虫特異的ウイルスの発見にもつながる可能性があります。Huangらは、現場で採取された蚊のサンプル11から蚊関連ウイルスを単離および増幅するための細胞培養ベースの方法を報告しており、その後にウイルスの精製、同定、および特性評価を行うことができます。

節足動物媒介病原体がベクターに侵入し、コロニーを形成し、伝染することに成功するかどうかは、唾液腺や中腸の障壁を含むさまざまな生理学的障壁を克服する能力にかかっています。Wangらは、2つの異なる感染方法を使用して、ウイルスに対する蚊のベクター能力を評価するためのプロトコルを提示します12。このプロトコルは、口腔感染または胸腔内感染後のネ ッタイシマカ におけるデング熱ウイルスの播種と伝播を比較することにより、唾液腺と中腸のバリアが蚊内でのウイルス感染を減少させ、したがってベクター能力を決定する上で果たす影響を強調しています。

実験室でのダニなどのベクターの研究は、ライフサイクルが長く、複数の異なる宿主動物を餌にする必要があるため、困難な場合があります。Khooらによるプロトコルは、動物を使用せずに実験室での短期間のダニ飼育に使用でき、病原体感染や抗生物質摂取などのダニ生物学に対するさまざまな制御された治療の効果を研究するために使用できる人工膜フィーダーのセットアップを詳述しています13。この方法は、肩 甲状硬蜱 のすべての段階の摂食について説明されていますが、この方法は他のダニの種や用途にも適応できます。

ダニの唾液には、宿主の免疫調節やダニ摂食中の病原体の伝播の促進に重要な役割を果たす多くのエフェクターが含まれています。MicroRNAは、ダニと宿主の界面とマダニ内の両方で遺伝子発現を調節する短いノンコーディング配列であり、ほとんど知られていないエフェクターの1つです。マダニの唾液腺培養物および細胞外小胞(EV)からマイクロRNAを単離する方法は、Leal-Galvanらによって提示されています14。ex vivo 唾液腺を培養することにより、著者らはEVの産生と単離に必要なダニの数を大幅に減らすことができ、次世代シーケンシングに十分な高品質のマイクロRNAを抽出することができました。この方法は、ダニEVの単離と研究を容易にし、ダニと宿主の相互作用におけるこれらの細胞小器官の理解を進めるはずです。

病原体遺伝子の機能研究は、対照的な宿主とベクターの環境に生き残り、適応するための戦略を理解するための鍵となります。細胞内 リケッチア の研究における主要な進歩は、目的の遺伝子を発現するためのプラスミドシャトルベクターの開発でした15。Wangらは、シャトルベクターによる形質転換のための精製リ ケッチア・パーケリ のエレクトロポレーションのプロトコルを説明し、それに続くダニ細胞における形質転換体の選択と視覚化を説明しています16。この形質転換方法は、シャトルベクターまたはトランスポザーゼ変異誘発システムを他の リケッチア 種に導入して、リケッチア-宿主-ベクター相互作用の理解を深めるために適応させることができます。

VBD感染を防ぐための新規で効果的なツールの開発は、ベクター生物学とベクター-微生物インターフェースに関する確かな知識に依存しています。この方法コレクションの記事では、ダニ、蚊、およびそれらがホストする病原体と共生生物を研究するためのさまざまな実験技術を詳しく説明しており、これらのトピックに関する基礎研究と応用研究の複数の手段を可能にします。ベクター研究の進歩により、VBD の拡散を制御するための革新的なソリューションの設計が容易になります。

開示事項

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著者らは開示するものは何もない。

謝辞

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著者らは、国立衛生研究所(NIH)(R01AI049424)および国防総省、米国陸軍医学研究および資材司令部からの助成金からの寛大な資金提供を認めています。議会が指示した医学研究プログラムは、ウルリケ・G・マンダーロー氏に

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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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