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Manipulação Transgênica de Vetores Artrópodes: Ferramentas para Estudar Doenças Transmitidas por Vetores

15 de dezembro de 2023

Neste artigo

Editorial

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Artrópodes que se alimentam de sangue, como mosquitos, carrapatos e flebotomíneos, transmitem vários patógenos clinicamente relevantes, muitos dos quais são pouco estudados e carecem de terapêutica adequada. Portanto, prevenir a transmissão da doença geralmente requer o direcionamento do artrópode1. Por exemplo, o manejo integrado de vetores (MIV) é uma estrutura abrangente que visa aumentar a eficácia dos métodos tradicionais de controle de vetores, como inseticidas, aumentando-os com métodos mais inovadores, como o controle genético2. Esta coleção especial destaca uma gama diversificada de artrópodes transgênicos sendo gerados para estudar e controlar doenças transmitidas por vetores e as habilidades técnicas e criativas necessárias para desenvolver esses organismos geneticamente modificados.

As relações artrópode-patógeno-hospedeiro evoluem ao longo de muitos anos para moldar a genética de todas as espécies afetadas 3,4,5. Os sistemas modelo são tipicamente inadequados para estudar artrópodes que se alimentam de sangue porque sua biologia e comportamentos são específicos da espécie. Os entomologistas moleculares devem recriar os ambientes complexos que permitem a alimentação e a reprodução do sangue para que as espécies individuais possam ser mantidas e estudadas rotineiramente em laboratório sob condições controladas. A criação de artrópodes hematófagos requer tanto conhecimento biológico quanto a "atenção meticulosa de indivíduos qualificados"6. Por esse motivo, não é de admirar que a biologia vetorial esteja na vanguarda da inovação genética.

Embora esta edição especial cubra a geração de artrópodes transgênicos em diversos gêneros, surge um tema central: o processo requer uma grande atenção aos detalhes, uma compreensão aguçada da biologia do organismo e uma mentalidade inventiva. Louradour et al.7 destacam os desafios de adaptar as técnicas de microinjeção embrionária aos vetores de parasitas Leishmania – ou seja, flebotomíneos – que põem ovos muito pequenos. Os ovos recém-postos são transferidos para pedaços individuais de papel de filtro preto em uma lâmina de microscópio com uma lamínula e são cuidadosamente alinhados para microinjeção. Os níveis de umidade, a qualidade dos materiais preparados e o cuidado com que o processo é realizado são apenas algumas variáveis que determinam o sucesso da técnica. A microinjeção de ovo de carrapato duro apresenta um conjunto distinto de desafios - uma espessa camada externa de cera nos embriões, córion duro e alta pressão intra-oval8. Sharma et al. descrevem procedimentos em Ixodes scapularis que superam esses obstáculos removendo a camada de cera, amolecendo o córion e dessecando os ovos8. Isso inclui a ablação do órgão de Gené (glândula de cera) de fêmeas que põem ovos, coletando os ovos dentro de 24 h após a postura e, em seguida, colocando os ovos em uma solução de cloreto de sódio a 1% (p / v) por aproximadamente 1 h antes de microinjetar8.

É possível contornar as microinjeções embrionárias injetando pupas ou adultos com o maquinário que edita ou silencia genes. Benetta et al. descrevem esta técnica usando dois métodos de entrega de ovário - Transdução de Carga de Ovário Mediada por Receptor (Controle ReMOT) ou Cápsulas de Peptídeo Anfifílico Ramificado (BAPC) - bem como duas estratégias de injeção (um Femtojet ou um tubo de aspiração) na vespa joia parasita Nasonia vitripennis9. As pupas foram alinhadas e fixadas a uma lâmina de microscópio com cola para facilitar o processo de injeção e reduzir a mortalidade9. Os adultos, por outro lado, foram anestesiados em gelo para que o usuário pudesse apoiar a fêmea com fórceps durante a injeção do abdômen.

Além da edição de genes mediada por CRISPR/Cas9, esta edição abrange outras tecnologias de engenharia genética usadas em artrópodes, incluindo φC31 recombinase dirigida ao local e GAL4-UAS. O primeiro, descrito por Adolfi et al., alcança a integração dirigida ao local de carga transgênica flanqueada por attB para integração única ou troca de mediada por recombinase nos vetores da malária Anopheles gambiae e Anopheles stephensi10. Essa tecnologia permite a inserção direcionada ao local em linhas de ancoragem previamente estabelecidas, o que simplifica a validação, evitando efeitos posicionais e esquemas de acasalamento a jusante necessários para uma linha genética estável10. A outra técnica, o sistema bipartido GAL4-UAS, é usada por Poulton et al. para gerar Anopheles gambiae transgênico que expressa transgênicos de maneira espaço-temporal e específica do tecido, mesmo à custa de custos severos de aptidão11. Devido à sua flexibilidade, esse sistema permite que os investigadores examinem fenótipos e inferam funções genéticas que podem ser impossíveis de outra forma.

De fato, a carga transgênica geralmente confere custos de aptidão ao artrópode; portanto, Williams et al. estabeleceram protocolos simples para medir os custos de aptidão em mosquitos Aedes aegypti transgênicos12. Estes incluíram fecundidade, tamanho e forma da asa, fertilidade, proporção sexual, viabilidade, tempos de desenvolvimento, contribuição masculina e longevidade adulta12. Essas medições de aptidão podem ser usadas para comparar a saúde de mosquitos transgênicos gerados em estudos ou para modelar a taxa de fixação de transgenes em modelos matemáticos.

Os detalhes metodológicos nesses manuscritos são ilustrados visualmente para facilitar a reprodução. Uma variedade de técnicas moleculares e entomológicas são apresentadas: sexagem e triagem de pupas de mosquitos para marcadores fluorescentes11,12; combinação e purificação de misturas de plasmídeo φC31 de doadores e auxiliares10; injetando vespas-joias adultas intra-abdominalmente9; alinhando ovos de flebotomíneos para microinjeção7; e glândulas de cera de carrapatosablativas 8. Dada a amplitude das técnicas abordadas nesta edição especial, amadores e especialistas são convidados a vislumbrar os fundamentos da geração de artrópodes geneticamente modificados. Essas técnicas são a base para o estudo da fisiologia dos artrópodes e das interações vetor-patógeno, que são essenciais para o desenvolvimento de novas estratégias que reduzem as doenças transmitidas por vetores.

Divulgações

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Os autores não têm nada a divulgar.

Agradecimentos

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Este trabalho foi financiado pelo NIH, número de concessão R01 AI130085, e pela Divisão do Programa de Pesquisa Intramural do NIH: AI001246.

Referências

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  1. Luckhart, S., Lindsay, S. W., James, A. A., Scott, T. W. Reframing critical needs in vector biology and management of vector-borne disease. PLoS Neglected Tropical Diseases. 4 (2), e566(2010).
  2. Marcos-Marcos, J., et al. economic evaluation, and sustainability of integrated vector management in urban settings to prevent vector-borne diseases: a scoping review. Infectious Disease of Poverty. 7 (1), 83(2018).
  3. Titus, R. G., Ribeiro, J. M. The role of vector saliva in transmission of arthropod-borne disease. Parasitology Today. 6 (5), 157-160 (1990).
  4. Ribeiro, J. M. Blood-feeding arthropods: live syringes or invertebrate pharmacologists. Infect Agents and Disease. 4 (3), 143-152 (1995).
  5. McManus, K. F., et al. Population genetic analysis of the DARC locus (Duffy) reveals adaptation from standing variation associated with malaria resistance in humans. PLOS Genetics. 13 (3), 1006560(2017).
  6. Crampton, J. M., Beard, C. B., Louis, C. The molecular biology of insect disease vectors: a methods manual. 1, Chapman & Hall. 3-20 (1997).
  7. Louradour, I., et al. Sand Fly (Phlebotomus papatasi) embryo microinjection for CRISPR/Cas9 mutagenesis. Journal of Visualized Experiments. (165), e61924(2020).
  8. Sharma, A., Pham, M., Harrell, R. A., Nuss, A. B., Gulia-Nuss, M. Embryo injection technique for gene editing in the black-legged tick, Ixodes scapularis. Journal of Visualized Experiments. (187), e64142(2022).
  9. Benetta, E. D., Chaverra-Rodriguez, D., Rasgon, J. L., Akbari, O. S. Pupal and adult injections for RNAi and CRISPR gene editing in Nasonia vitripennis. Journal of Visualized Experiments. (166), e61892(2020).
  10. Adolfi, A., Lynd, A., Lycett, G. J., James, A. A. Site-directed φC31-mediated integration and cassette exchange in Anopheles vectors of malaria. Journal of Visualized Experiments. (168), e62146(2021).
  11. Poulton, B. C., et al. Using the GAL4-UAS system for functional genetics in Anopheles gambiae. Journal of Visualized Experiments. (170), e62131(2021).
  12. Williams, A., et al. Quantifying fitness costs in transgenic Aedes aegypti mosquitoes. Journal of Visualized Experiments. (199), e65136(2023).

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