방법 논문

모기 생물학 연구의 새로운 방법론적 관점

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DOI:

10.3791/64602

⸱

2022년 8월 11일

 , 
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

이 논문에서

초록

논의된 기사:

Bui, M., Li, M., Raban, RR, Liu, N., Akbari, OS Culex quinquefasciatus에서 효율적인 부위 특이적 돌연변이 유발을 위한 배아 미세 주입 기술. 시각화 실험 저널. (159), e61375 (2020).

Carballar-Lejarazú, R., Pham, TB, Bottino-Rojas, V., Adolfi, A., James, AA 유전자 조작 anopheline 모기의 Small-Cage 실험실 시험. 시각화 실험 저널. (171), e62588 (2021a).

Carballar-Lejarazú, R., Tushar, T., Pham, TB, James, AA Anopheles gambiae 배아에 대한 미세 주입 방법. 시각화 실험 저널. (173), e62591(2021b).

첸, TY 외. 차세대 시퀀싱을 위한 자기 비드 기반 모기 DNA 추출 프로토콜. 시각화 실험 저널. (170), e62354 (2021).

Grigsby, A., Kelly, BJ, Sanscrainte, ND, Becnel, JJ, Short, SM Aedes aegypti 모기에서 미세포자 기생충 Edhazardia aedis의 번식. 시각화 실험 저널. (162), e61574 (2020).

젠슨, BM 외. 모기와 초파리에 대한 살충제 독성을 정량화하기 위한 국소 적용 생물 분석. 시각화 실험 저널. ( 179), e63391 (2022).

Jové, V., Venkataraman, K., Gabel, TM, Duvall, LB Aedes aegypti 모기의 동물 유래 혈액 및 인공 식사 공급 및 정량화. 시각화 실험 저널. (164), e61835 (2020).

Lajevardi, A., Sajadi, F., Donini, A., Paluzzi, JPV 성충 모기의 배설 시스템의 신경펩타이드 및 기타 조절자의 활성 연구. 시각화 실험 저널. (174), e61849 (2021).

Liu, X. 외. 항생제 처리된 모기를 사용한 박테리아 경구 영양 분석. 시각화 실험 저널. (163), e61341 (2020).

Meuti, ME, Harrell, R. CRISPR/Cas9를 사용하여 null 돌연변이를 생성하기 위해 Culex 모기의 배아를 준비하고 주입합니다. 시각화 실험 저널. (163), e61651 (2020).

Tripathi, AK, Mlambo, G., Kanatani, S., Sinnis, P., Dimopoulos, G. Plasmodium falciparum 배우자 세포 배양 및 인공 막 먹이를 통한 모기 감염. 시각화 실험 저널. (161), e61426 (2020).

Tsujimoto, H., Adelman, Z. N. 24웰 조직 배양 플레이트(EAgaL 플레이트)를 사용하여 Aedes aegypti 에 대한 번식력 및 생식력 분석을 개선했습니다. 시각화 실험 저널. (171), e61232 (2021).

왕, X. 외. Xenopus 난모세포에서 인간 냄새에 대한 Aedes aegypti 냄새 수용체의 이종 발현 및 기능 분석. 시각화 실험 저널. (172), e61813 (2021).

사설

모기로 전염되는 병원체는 매년 수백만 건의 인간 감염의 원인이 됩니다. 말라리아 및 뎅기열과 같은 이러한 병원체에 의해 발생하는 질병과 싸우기 위해 연구자들은 모기 생물학에 대한 이해를 강화하고 새로운 모기 방제 도구4,5,6를 개발하고 있습니다. 이 컬렉션은 모기 생물학, 모기 방제, 병원체 감염 및 모기 형질전환과 관련된 방법론적 발전을 통해 이러한 분야의 새로운 연구를 촉진합니다.

Jensen et al.7 은 살충제의 직접적인 국소 적용과 곤충 질량에 기반한 용량 결정 절차를 포함하는 모기 및 초파리의 살충 활성 분석을 설명합니다. 이 기사에서는 작업 공간 및 화학 용액 준비, 살충제 적용 및 노출 후 곤충 생존 분석을 다룹니다. 국소 적용 방법론은 정의된 살충제 용량에 대한 일관된 노출을 촉진하여 종간 및 분석 간 변동성을 줄여 해충 방제에 관여하거나 모기 개체군의 살충제 내성을 조사하는 사람들에게 큰 관심을 끌 것입니다.

Chen et al.8 은 자기 DNA 결합 비드를 활용하여 전체 게놈 시퀀싱을 위한 모기 샘플의 간단하고 다루기 쉬우며 처리량이 많은 DNA 추출 프로토콜을 강조합니다. 프로토콜에는 샘플 균질화 및 전체 추출 프로세스가 포함됩니다. 이 접근 방식은 수율이 높지만 재현성이 높은 DNA 추출 방법을 촉진하여 자원이 제한된 실험실에 적합합니다. 모기 유전체학 응용 분야, 특히 현장 모기 DNA 제제를 연구하는 사람들에게 관심을 가질 것입니다.

컬렉션의 여러 기사는 모기 생물학 연구와 관련된 방법론적 발전을 다루고 있습니다. Jové et al.9은 인공 식단을 먹인 모기에 대한 식사량의 고처리량, 형광 기반 정량화를 설명합니다. 여기에는 식사 준비, 플루오레세인 염료 추가, 저비용 피더 시스템에서 식사 전달, 먹이를 준 모기 샘플의 식사량 정량화가 포함됩니다. 설명된 방법론은 인공 식단, 혈액, 설탕 또는 꿀을 포함하는 먹이 분석과 관련된 모기 먹이를 효과적으로 평가할 수 있습니다. 곤충 먹이 행동을 연구하는 사람들에게 가치가 있을 것입니다. Tsujimoto와 Adelman10은 아가로스로 채워진 24웰 세포 배양 플레이트를 사용하여 모기의 번식력과 번식력을 분석하는 새로운 기술을 설명합니다. 프로토콜은 플레이트 준비, 모기 먹이주기, 산란, 플레이트 이미징 및 데이터 수집을 자세히 설명합니다. 기존 방법론에 비해 시간, 공간 및 노동력을 줄이고 모기 적합성 또는 모기 번식의 분자적 기초를 평가하는 연구자들에게 관심을 끌 것입니다. Lajevardi et al.11은 Ramsay 분석을 활용하여 모기 배설 조직의 이온 수송 및 체액 분비를 연구합니다. 이 프로토콜은 소량의 곤충 조직과 함께 사용하기 위해 Ramsay 분석을 조정하고 전극 준비 및 보정, 분석을 위한 모기 조직 준비, 말피기 세뇨관 및 소화 조직의 판독값 기록에 대해서도 논의합니다. 이 프로토콜은 곤충 조직의 소화 또는 배설 시스템 및 신경펩티드/내분비 조절을 다루는 사람들에게 관심을 가질 것입니다. Wang et al.12는 인간 냄새에 대한 반응을 평가하기 위해 Xenopus 난모세포에서 Ae. aegypti 냄새 수용체의 이종 발현을 설명합니다. 냄새 수용체 유전자 복제, cRNA 합성, Xenopus 난모세포의 해부 및 분리, 유전자의 이종 발현, 수용체 활성을 측정하기 위한 단일 감각 기록을 다룹니다. 이 프로토콜은 모기 후각의 유전적, 기능적 기초를 평가하기 위한 고유한 시스템을 제공하며, 모기 행동 연구와 관련된 잠재적인 응용 분야를 제공합니다.

컬렉션의 4개 기사는 유전자 변형 모기와 형질전환 과정에 대해 논의합니다. Carballar-Lejarazú 등13은 배아 미세 주입을 통해 형질전환 Anopheles 감비아 모기를 생산하기 위한 자세한 절차를 설명하는 반면, Bui et al.14는 CRISPR/Cas9 기반 게놈 편집을 위한 Culex quinquefasciatus 배아의 미세 주입을 시연합니다. 전자는 인간 말라리아 기생충의 주요 매개체인 반면, 후자는 웨스트 나일 바이러스를 포함한 아르보바이러스의 주요 매개체이며 형질전환의 맥락에서 연구가 부족합니다. 이러한 프로토콜은 바늘 당기기 및 로딩, 난자 준비 및 정렬 후 주입, 배아 회수 및 이식유전자 표현형에 대한 스크리닝을 다룹니다. An. gambiae 프로토콜은 산란 및 난자 수확 절차를 자세히 설명하고 성공적인 주사를 시각적으로 묘사합니다. Cx. QuinqueFasciatus 프로토콜은 바늘 당기기에 대한 특정 매개변수와 돌연변이 유발률을 높이기 위한 팁을 간략하게 설명합니다. Meuti와 Harrell15의 기사는 Culex pipiens의 형질전환, 특히 주입 과정에 심층적인 초점을 제공합니다. 비디오는 전체 주입 과정을 매우 심층적으로 보여줍니다. 바늘을 되채우고 부착하는 방법, 계란과 인젝터의 위치 지정, 성공적인 주입 방법에 대한 세부 사항을 간략하게 설명합니다. 주사 과정에 대한 엄격한 기술 지침과 문제 해결을 제공하고 알 부화율과 유충 체력을 극대화하기 위한 팁을 제공합니다. 이 세 가지 기사는 새로운 벡터 제어 전략을 개발하려는 사람들뿐만 아니라 Anopheles 및 Culex 유전학 및 숙주-병원체 상호 작용을 연구하는 사람들에게도 흥미로울 것입니다. Carballar-Lejarazú 등16은 유전자 구동 시스템이 다양한 조건에서 특정 유전자를 순진한 모기 개체군으로 퍼뜨릴 수 있는지 여부를 평가하기 위해 소규모 케이지 시험을 실행하는 프로세스를 설명합니다. 이 프로토콜은 침수, 비드라이브 방출 시험 및 중복 또는 중복되지 않는 모기 세대를 사용한 유전자 드라이브 시험의 메커니즘을 조사합니다. 야생형-형질전환 추가 비율, 스크리닝 프로세스, 적합성 분석을 포함하거나 유전자 구동 대립유전자 확산을 모델링하기 위해 실험 매개변수 조정에 대한 정확한 세부 정보를 제공합니다. 이 프로토콜은 새로운 유전자 구동 시스템을 개발하고 유전자 구동 효능을 조사하는 벡터 제어 분야의 연구자들에게 도움이 될 것입니다.

컬렉션의 마지막 세 기사는 병원체 배양 및 노출에 대해 논의합니다. Liuet al.17은 미생물군이 수행하는 생물학적 역할을 이해하는 데 도움이 되도록 항생제 치료 후 성충 모기에 박테리아를 다시 도입하는 프로토콜을 보여줍니다. 박테리아의 배양 및 분리, 항생제 치료 및 박테리아 먹이 분석을 다룹니다. 이 프로토콜은 복잡하고 다면적인 절차의 좋은 종합을 제공합니다. 모기 미생물군 연구나 성충 모기 발달에 관심이 있는 분들에게 유용할 것입니다. Grigsby et al.18은 Edhazardia aedis microsporidian 기생충을 표준 Aedes aegypti 사육에 배양하는 프로토콜을 강조합니다. 모기의 재감염 및 감염된 모기 알의 유지 전에 감염성 포자의 분리, 식별 및 계수에 대해 자세히 설명합니다. 포자를 감지하고 모기 부화와 포자 준비를 조정하는 방법에 대한 문제 해결 조언을 제공합니다. 이 프로토콜은 실험 목적으로 미세포자 기생충을 배양하려는 사람들과 기생충 감염이 모기 면역 또는 벡터 능력에 미치는 영향을 조사하는 사람들에게 흥미로울 것입니다. Tripathi et al.19는 Plasmodium falciparum 배우자 세포를 배양하고, 멤브레인-유리 피더 시스템을 통해 Anopheles 모기의 감염을 수행하고, 난포와 포자체를 계산하기 위한 프로토콜을 자세히 설명합니다. 이는 달성하기 어려울 수 있는 P. falciparum 배양을 위한 필수 프로토콜입니다. 이 프로토콜은 모기의 Plasmodium 감염 및 전파를 조사하는 사람들, 전염 차단 도구를 포함한 항말라리아 전략을 개발하려는 사람들, 형질전환 계통 및 유전자 구동 전략을 포함하여 An. gambiae 개체군의 벡터 능력을 조사하는 사람들에게 매우 가치가 있을 것입니다.

기사 모음은 모기 및 모기 매개 병원체 방제의 미래에 중요한 많은 연구 주제를 다룹니다. 살충제에 대한 모기의 내성을 이해하는 것은 현재 방제 프로그램의 성공을 반영하기 때문에 매우 중요합니다. 또한 저항을 감지하는 것은 제어 전략의 변경이 필요하다는 신호가 될 수 있습니다. 모기 형질전환, 게놈 편집, 유전자 구동을 포함한 유전 공학 기술은 높은 다루기 쉽고 적응성으로 인해 향후 10년 동안 모기 방제에 핵심적인 역할을 할 가능성이 높습니다. 모기 생물학, 특히 집단 유전체학, 숙주-병원체 상호 작용, 모기 행동 및 주요 생물학적 특성의 분자적 기초 주제에 대한 향상된 지식은 새로운 제어 도구를 개발하는 데 활용할 수 있는 귀중한 통찰력을 제공할 것입니다. 예를 들어, 후각에 관여하는 유전자를 식별하면 연구자들이 새로운 구충제를 개발하는 데 도움이 될 수 있으며, 숙주-병원체 상호 작용에 관여하는 유전자를 식별하면 결국 항병원성 이펙터를 운반하는 형질전환 모기의 발달로 이어질 수 있습니다. 이 컬렉션은 이러한 모든 주제를 다루고 있으며 전 세계의 벡터 생물학자들의 손에서 여기에 설명된 방법은 모기 생물학의 여러 측면에 대한 새롭고 독특한 통찰력을 촉진하는 데 도움이 될 것입니다. 미래의 주요 과제는 이러한 주제 영역에서 생성된 지식을 활용하여 새로운 제어 전략을 수립하거나 현재 전략을 보완 또는 최적화하는 것입니다.

공개 사항

저자는 공개할 것이 없습니다.

감사의 글

이 간행물은 미국 농무부(USDA) 국립 식량 농업 연구소, EPC에 1026692 해치 프로젝트의 지원을 받았습니다.

참고문헌

  1. Bhatt, S., et al. The global distribution and burden of dengue. Nature. 496 (7446), 504-507 (2013).
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  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).
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  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).

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