Pasożyty malarii powodują setki milionów zakażeń malarią u ludzi na całym świecie, powodując ponad 600 000 zgonów rocznie1. Zakażenia u ludzi są wywoływane przez pięć gatunków pasożytów malarii, a mianowicie P. falciparum, P. vivax, P. ovale, P. malariae i P. knowlesi. Większość klinicznych zgonów z powodu malarii jest spowodowana przez P. falciparum w Afryce Subsaharyjskiej1. Innym ludzkim gatunkiem pasożyta malarii, który powoduje rozległe zachorowalności na całym świecie poza Afryką Subsaharyjską, jest P. vivax2. Pozostałe trzy gatunki są bardziej ograniczone geograficznie i powodują łagodne infekcje malarią, z wyjątkiem śmiertelnego P. knowlesi3. Niedostępność odpowiednich i praktycznych modeli zakażeń in vivo innych niż ludzkie zawsze była i nadal jest przeszkodą w opracowywaniu szczepionek i leków przeciwko malarii. Wcześniejsze badania nad lekami na malarię i badania metaboliczne opierały się w dużej mierze na modelach malarii ptaków, takich jak P. gallinaceum i P. lophurae, infekujących odpowiednio kurczaki i kaczki4. Następnie gatunki malarii gryzoni były stopniowo wprowadzane do różnych szczepionek i badań ukierunkowanych na leki jako modele in vivo. Z biegiem lat zgromadzono dowody na podobieństwa w biologii i interakcjach gospodarz-pasożyt między etapami cyklu życiowego modeli malarii gryzoni a ludzkimi gatunkami malarii.
W szczególności, modele malarii gryzoni były niezwykle ważne dla zbadania i scharakteryzowania biologii komarów i stadiów pre-erytrocytarnych5. Istnieją jednak cztery gatunki malarii gryzoni (P. berghei, P. yoelii, P. chabaudi i P. vinckei), które mają różne cechy biologiczne, z których najbardziej godne uwagi są we krwi6. Gatunki malarii gryzoni różnią się synchronizacją stadiów krwi, gdzie stadia krwi szczepów P. chabaudi i P. vinckei są w większości synchroniczne, podczas gdy stadia krwi P. berghei i P. yoelii nie są6,7. Inną zauważalną różnicą jest samooczyszczanie się etapów krwi, które występuje w niektórych szczepach (np. P. yoelii 17X-NL, P. berghei NK65 i P. vinckei lentum), podczas gdy zakażenie krwi innymi szczepami tego samego gatunku może być śmiertelne, jeśli nie jest leczone (P. yoelii 17X-L, P. berghei ANKA i P. chabaudi AS). Co więcej, szczep P. yoelii 17X-NL i szczep P. berghei ANKA preferencyjnie atakują retikulocyty8,9,10,11, chociaż te cechy szczepów P. yoelii i P. berghei nie są ścisłym wymogiem wzrostu12,13,14. Dlatego myszy są leczone fenylohydrazyną przed zakażeniem stadiami krwi tych pasożytów w celu zwiększenia parazytemii i gametocytemii potrzebnych do zakażenia komarem dla szczepu P. berghei ANKA i dla P. yoelii 17X-NL15,16,17,18,19.
Różnice w rozwoju komarów istnieją również między różnymi gatunkami malarii gryzoni, z których najbardziej zauważalne to temperatura i czas potrzebny do optymalnego rozwoju komarów oraz długość sporozoitu5,6,20. W stadiach preerytrocytarnych malarii u gryzoni różnice obejmują gatunki i szczepy gryzoni, które są najbardziej podatne na zakaźne zaszczepienie sporozoitu, liczbę sporozoitów potrzebnych do inokulacji w podatnym szczepie gryzoni, typy komórek ssaków potrzebne do testów rozwoju wątroby in vitro oraz czas do zakończenia rozwoju stadium wątroby5,21, 22,23,24,25,26,27,28,29,30.
Pomimo tych różnic, pasożyty malarii u gryzoni były na początku korzystnymi modelami do zastosowania odwrotnych metod genetycznych, ponieważ były mniej czasochłonne i zasobożerne, z wysokim prawdopodobieństwem sukcesu31. W rzeczywistości modele malarii gryzoni były najlepszymi modelami, a w wielu przypadkach jedynymi modelami, dostępnymi przez wiele lat, aby funkcjonalnie scharakteryzować geny ulegające ekspresji w stadiach komara
, wątroby.
W świetle popularności i możliwości stosowania metod genetyki odwrotnej w modelach malarii u gryzoni, do analizy fenotypów etapów cyklu życia pasożytów transgenicznych, zwłaszcza etapów krwi, zastosowano szereg różnych metodologii. Niektóre z tych metod są jednak niespójne; na przykład, porównując zakażenia pasożytami we krwi po wstrzyknięciu IP (które mogą być odprowadzane do węzłów chłonnych otrzewnej, a stamtąd mogą dostać się do krwiobiegu; dlatego wstrzyknięte pasożyty nie trafiają równomiernie do krwiobiegu), porównując przenoszenie klonów przez komary z inną liczbą seryjnych transferów we krwi lub liczbą G (co może wpływać na gametocytogenezę32, 33), lub porównując transgeniczne pasożyty bezpośrednio z naiwnymi pasożytami typu dzikiego (WT), które nigdy nie zostały poddane elektroporacji i pozytywnej selekcji leków oraz różnym niestandaryzowanym ocenom biczowania męskich gamet. Dlatego tak ważne jest ujednolicenie protokołów, które są łatwe do naśladowania w analizie fenotypowej wszelkiego rodzaju transgenicznych lub WT gryzoni pasożytów malarii we krwi i u komarów, aby dostosować się do biologicznej zmienności gatunków pasożytów malarii gryzoni.
Niniejszym przedstawiamy ustandaryzowany, szczegółowy protokół eksperymentalny do analizy fenotypowej etapów cyklu życia krwi i komarów transgenicznych lub dzikich pasożytów P. yoelii i P. berghei. Protokoły te mają również zastosowanie do pasożytów P. chabaudi i P. vinckei.