방법 논문

진드기, 모기 및 전염된 병원체 연구 방법: 매개체 생물학 및 절지동물-미생물 상호 작용에 대한 더 큰 이해를 향하여

DOI:

10.3791/64986

⸱

2023년 3월 3일

 , 
1Department of Entomology, University of Minnesota

* These authors contributed equally

이 논문에서

초록

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논의 된 기사 :

Chen, L., Xiao, Q., Shi, M., Cheng, J., Wu, J. Aedes albopictus 세포주에서 Wolbachia 균주 wAlbB 검출. 시각화 실험 저널(Journal of Visualized Experiments). (184), e63662 (2022).

Haziqah-Rashid, A. et al. 모기 및 기타 외온의 온도 선호도 결정. 시각화 실험 저널(Journal of Visualized Experiments). (187), e64356 (2022).

Huang, D. et al. 현장에서 채취한 모기로부터 모기 관련 바이러스 분리. 시각화 실험 저널(Journal of Visualized Experiments). (186), e63852 (2022).

Khoo, B., Cull, B., Oliver, J. D. Ixodes scapularis에 대한 Tick 인공 막 공급. 시각화 실험 저널(Journal of Visualized Experiments). 64553 (2022년).

Leal-Galvan, B., Harvey, C., Thomas, D., Saelao, P., Oliva Chavez, A. S. 진드기 생체 외 타액선 배양 및 세포 외 소포에서 microRNA의 분리. 시각화 실험 저널(Journal of Visualized Experiments). (182), e63618 (2022).

Liang, Q. et al. Carpesium abrotanoides를 사용한 Aedes albopictus 모기 유충 제어, L. 시각화 실험 저널. (186), e63976 (2022).

Wang, F. et al. 경구 섭식 및 미세 주입에 의한 성인 모기의 실험적 바이러스 감염. 시각화 실험 저널(Journal of Visualized Experiments). (185), e63830 (2022).

Wang, X. R., Burkhardt, N. Y., Price, L. D., Munderloh, U. G. 진드기 세포주에서 형광 단백질 발현 셔틀 벡터로 Rickettsia spp.를 형질전환하기 위한 전기천공법. 시각화 실험 저널(Journal of Visualized Experiments). (188), e64562 (2022).

사설

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벡터 매개 질병(VBD)은 감염된 절지동물 벡터1의 물림에 의해 인간과 다른 동물에게 전염되는 감염입니다. 매개체는 전 세계 열대 전염병의 20%를 차지하며 전 세계 인구의 80%를 VBD의 위험에 빠뜨립니다2. 의무적으로 흡혈하는 절지동물인 모기와 진드기는 직접적인 먹이 행동과 광범위한 병원체(기생충, 박테리아 또는 바이러스)의 전염으로 인해 전 세계적으로 공중 보건 및 경제적 부담을 크게 증가시키는 원인이 됩니다3. 따라서 이 방법 모음은 모기 및 진드기 생물학에 대한 포괄적인 지식을 기반으로 다양한 기술을 통해 이러한 벡터를 연구하기 위한 광범위한 필수 및 보완 접근 방식을 소개하는 것을 목표로 합니다. 모기와 진드기의 근본적인 측면(시험관 내 및 생체 내), 모기와 진드기에 의해 발생하고 전염되는 미생물(벡터, 공생체, 병원체 및 척추동물 숙주 간의 상호 작용) 및 벡터 제어 접근법에 대한 연구가 이 방법 컬렉션에 포함되어 있습니다.

절지동물 벡터의 생존과 병원균을 유지하고 전염시키는 능력은 온도와 밀접한 관련이 있습니다4. Haziqah-Rashid et al. 모기의 온도 선호도를 결정하는 간단하고 저렴한 방법을 제시합니다5. 그들의 장치는 온도가 다른 연결된 챔버로 구성되어 있으며 모기(및 기타 날아다니는 곤충)가 선호하는 환경으로 자유롭게 날아갈 수 있도록 하여 최적의 곤충 온도를 결정할 수 있습니다. 이는 병원체 감염, 식이 또는 내공생체 존재와 같은 다양한 조작이 곤충의 온도 선호도에 미치는 영향을 결정하고 질병 매개체 확립을 위한 지역의 기후 적합성을 평가하는 모델링 연구에 사용할 매개변수를 정의하는 데 유용할 것입니다.

온난화 기후의 혜택을 받을 것으로 예상되고 국제 무역을 통해 전 세계로 퍼진 침입성 모기 중 하나는 아시아 호랑이 모기인 Aedes albopictus6입니다. 여러 바이러스의 매개체로서 이 종은 인간의 건강에 대한 위협이 커지고 있으며 이 모기와의 싸움에는 새로운 방제 방법이 중요할 것입니다. Liang et al. A. albopictus 유충에 대해 높은 효능을 보여주면서 어류에 유해한 영향을 미치지 않는 새로운 식물 유래 살충제의 제조에 대해 설명하며, 이는 낮은 환경 독성을 시사합니다7. 조사 초기 단계에 불과하지만 이 식물성 살충제는 유망한 모기 방제 후보이며 다른 중요한 모기 종에 대해 효과적인 것으로 입증될 수 있습니다.

모체가 전염하는 내공생체 Wolbachia는 모기의 현장 개체군에서 뎅기열 바이러스를 제어할 수 있는 가능성을 보여 뎅기열 억제를 위한 배치 가능성을 입증했습니다 8,9. 그러나 이 현상을 일으키는 메커니즘은 제대로 특성화되지 않았으므로 모기-내공생체-바이러스 상호 작용에 대한 더 큰 이해가 필요합니다. 이러한 상호작용에 대한 연구를 위한 도구를 제공하기 위해, Chen et al. 다양한 볼바키아 보유 곤충에도 적용될 수 있는 모기 세포에서 볼바키아의 검출 및 정량화를 위한 일련의 상보적인 핵산 기반 및 항체 기반 방법을 설명합니다10.

모기 매개 바이러스에 대한 감시는 건강에 잠재적인 위협이 될 수 있는 순환 바이러스를 탐지하는 데 중요하며, 이러한 감시는 새로운 병원성 또는 곤충 특이적 바이러스의 발견으로 이어질 수도 있습니다. Huang et al. 현장에서 수집된 모기 샘플11에서 모기 관련 바이러스를 분리 및 증폭하기 위한 세포 배양 기반 방법을 보고하며, 그 후 바이러스 정제, 식별 및 특성화가 뒤따를 수 있습니다.

절지동물 매개 병원체가 벡터에 의해 침입, 식민지 형성 및 전염되는 데 성공할 수 있는지는 침샘과 중장을 포함한 다양한 생리적 장벽을 극복하는 능력에 달려 있습니다. Wang et al. 두 가지 다른 감염 방법을 사용하여 바이러스에 대한 모기의 벡터 능력을 평가하기 위한 프로토콜을 제시합니다12. 구강 또는 흉강내 감염 후 Aedes aegypti 에서 뎅기열 바이러스의 전파 및 전파를 비교함으로써 이 프로토콜은 침샘과 중장 장벽이 모기 내 바이러스 전파를 줄이고 따라서 벡터 능력을 결정하는 데 미치는 영향을 강조합니다.

실험실에서 진드기와 같은 매개체를 연구하는 것은 수명 주기가 길고 여러 숙주 동물을 먹여야 하기 때문에 어려울 수 있습니다. Khoo et al. 동물을 사용하지 않고 실험실에서 단기 진드기 사육에 사용할 수 있고 병원체 감염 및 항생제 섭취와 같은 진드기 생물학에 대한 다양한 통제 처리의 효과를 연구하는 데 사용할 수 있는 인공 멤브레인 피더의 설정을 자세히 설명합니다13. 이 방법은 Ixodes scapularis 의 모든 단계의 먹이를 주는 데 설명되어 있지만 이 방법은 다른 진드기 종 및 응용 분야에도 적용될 수 있습니다.

진드기 타액에는 숙주 면역 조절과 진드기 먹이 중 병원체 전달 강화에 중요한 역할을 하는 많은 이펙터가 포함되어 있습니다. 진드기-숙주 인터페이스와 진드기 내에서 유전자 발현을 조절하는 짧은 비코딩 서열인 MicroRNA는 알려진 바가 거의 없는 이펙터 중 하나입니다. 진드기 침샘 배양 및 세포외 소포(EV)에서 마이크로RNA를 분리하는 방법은 Leal-Galvan et al.14에 의해 제시됩니다. 체 외 침샘을 배양함으로써 저자는 EV의 생산 및 분리에 필요한 진드기 수를 상당히 줄일 수 있었고 차세대 시퀀싱에 충분한 고품질 마이크로RNA를 추출할 수 있었습니다. 이 방법은 진드기 EV의 분리 및 연구를 용이하게 하며 진드기-숙주 상호 작용에서 이러한 소기관에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.

병원체 유전자의 기능적 연구는 대조되는 숙주와 벡터 환경에 생존하고 적응하기 위한 전략을 이해하는 데 핵심입니다. 세포내 리케치아 연구의 주요 발전은 관심 유전자의 발현을 위한 플라스미드 셔틀 벡터의 개발이었습니다15. Wang et al. 셔틀 벡터를 사용한 형질전환을 위한 정제된 Rickettsia parkeri 의 전기천공을 위한 프로토콜을 설명한 후 진드기 세포에서 형질전환체를 선택하고 시각화하는 프로토콜을 설명합니다16. 이 형질전환 방법은 셔틀 벡터 또는 트랜스포자제 돌연변이 유발 시스템을 다른 리케치아 종에 도입하여 리케치아-숙주-벡터 상호 작용에 대한 이해를 향상시키는 데 적용될 수 있습니다.

VBD 전파를 예방하기 위한 새롭고 효과적인 도구의 개발은 벡터 생물학 및 벡터-미생물 인터페이스에 대한 확실한 지식에 달려 있습니다. 이 방법 모음의 기사는 진드기, 모기, 이들이 호스팅하는 병원체 및 공생체를 연구하기 위한 다양한 실험실 기술을 자세히 설명하여 이러한 주제에 대한 기초 및 응용 연구의 다양한 경로를 가능하게 합니다. 벡터 연구의 발전은 VBD의 확산을 제어하기 위한 혁신적인 솔루션의 설계를 촉진할 것입니다.

공개 사항

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저자는 공개할 것이 없습니다.

감사의 글

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저자는 미국 국립보건원(NIH R01AI049424)과 국방부, 미 육군 의료 연구 및 물자 사령부, 의회가 Ulrike G. Munderloh에게 지시한 의료 연구 프로그램의 보조금으로부터 넉넉한 자금을 지원받았음을 인정합니다.

참고문헌

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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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