Muszka owocowa (znana również jako mucha octowa), D. melanogaster, była szeroko stosowana jako organizm modelowy do infekcji i odporności na różne patogeny1,2. Prace te dostarczyły fundamentalnych informacji na temat fizjologicznych konsekwencji infekcji, a także były pionierskie w odkrywaniu szlaków molekularnych leżących u podstaw odpowiedzi immunologicznej gospodarza na infekcje parazytoidowe, bakteryjne, grzybicze i wirusowe. Wiedza ta jest przydatna nie tylko do zrozumienia wrodzonej odpowiedzi immunologicznej owadów i innych bezkręgowców, ale ponieważ wiele mechanizmów immunologicznych jest ewolucyjnie zachowanych między owadami i ssakami, Drosophila pobudziła również odkrycie głównych mechanizmów odpornościowych u ssaków, w tym ludzi3.
Większość prac nad infekcją i odpornością Drosophila skupia się na infekcjach ogólnoustrojowych, stosując metody inokulacji, które dostarczają patogeny bezpośrednio do organizmu owada poprzez nakłuwanie lub wstrzyknięcie4,5,6. Zaleta tych metod, polegająca na umożliwieniu dostarczania kontrolowanej dawki zakaźnej, jest oczywista i poparta obszernym dorobkiem naukowym dotyczącym zakażeń ogólnoustrojowych. Jednak wiele naturalnie występujących patogenów bakteryjnych D. melanogaster jest nabywanych poprzez żywienie się rozkładającą się materią organiczną, gdzie immunokompetencja jelitowa odgrywa znaczącą rolę w obronie gospodarza7,8,9,10,11,12,13,14,15. Eksperymenty, które wykorzystują infekcje ogólnoustrojowe, omijają te mechanizmy obronne, a zatem dają zupełnie inny obraz tego, w jaki sposób owady bronią się przed naturalnymi patogenami. Jest to szczególnie istotne, jeśli celem pracy jest przetestowanie przewidywań dotyczących ekologii i ewolucji infekcji, gdzie ważne jest wykorzystanie naturalnych patogenów i dróg infekcji16,17. Ostatnie prace wykazały, jak droga obrana przez patogeny znacząco wpływa na wynik choroby18,19, wywołuje różne szlaki immunologiczne20,21, może określić efekt ochronny dziedzicznych endosymbiontów16, a nawet może odgrywać ważną rolę w ewolucji obrony gospodarza17.
Innym powodem, dla którego warto stosować doustne drogi infekcji, jest to, że pozwala to na badanie zmienności w przenoszeniu patogenów poprzez pomiar wydalania bakterii podczas wydalania kału po infekcji jamy ustnej22,23,24. Zrozumienie źródeł niejednorodności gospodarza w przenoszeniu chorób jest trudne w naturalnych populacjach25,26, ale pomiar składników transmisji, takich jak wydalanie patogenów, w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych oferuje użyteczne alternatywne podejście27. Karmiąc muchy bakteriami i mierząc wydalanie bakterii w różnych kontekstach genetycznych i środowiskowych w kontrolowanych warunkach eksperymentalnych, możliwe jest zidentyfikowanie źródeł zmienności w przenoszeniu między gospodarzami.
Tutaj opisujemy protokół doustnego infekowania D. melanogaster patogenami bakteryjnymi, a także do ilościowego określania wzrostu i wydalania bakterii, który następuje (Rysunek 1). Opisujemy ten protokół na dwóch bakteriach Pseudomonas: zjadliwym szczepie oportunistycznego patogenu P. aeruginosa (PA14) i mniej zjadliwym szczepie naturalnego patogenu much P. entomophila. Pseudomonady są powszechnymi bakteriami Gram-ujemnymi o szerokim zakresie żywicieli, infekującymi owady, nicienie, rośliny i kręgowce, i występują w większości środowisk4,6. Zakażenie jelitowe Drosophila przez P. aeruginosa i P. entomophila powoduje patologię nabłonka jelitowego12,13,14,15,28. Chociaż skupiamy się na tych dwóch patogenach bakteryjnych, opisane tutaj metody można w zasadzie zastosować do dowolnego patogenu bakteryjnego z niewielkimi modyfikacjami. Po ekspozycji doustnej mierzymy przeżycie po infekcji i mierzymy obciążenie drobnoustrojami u poszczególnych much oraz żywotnych drobnoustrojów wydalanych do środowiska, wyrażone w jednostkach tworzących kolonie (CFU). Wreszcie, ponieważ immunokompetencja jelitowa wynika z połączenia bariery nabłonkowej i odpowiedzi humoralnej, mierzymy również przeżywalność linii muchowych, w których te mechanizmy obronne są zakłócone. W szczególności wcześniej wykazano, że mutanty drosokrystaliny (Dcy) są bardziej podatne na infekcje bakteryjne jamy ustnej ze względu na zubożoną macierz perytroficzną w jelitach29. Mierzymy również przeżywalność w mutancie Relish (Rel), który ma utrudnione wytwarzanie peptydów przeciwdrobnoustrojowych przeciwko bakteriom Gram-ujemnym za pośrednictwem szlaku IMD30.