Vi presenterer en protokoll for å utnytte Madagaskar fresende kakerlakk som en alternativ ikke-pattedyr dyr modell å gjennomføre bakteriell virulens, patogenesen, medikament toksisitet, narkotika effekt og medfødte immunforsvaret studier.
Mange aspekter av medfødt immunitet er bevart mellom pattedyr og insekter. Et insekt, Madagaskar fresende kakerlakk fra slekten Gromphadorhina, kan benyttes som en alternativ dyr modell for studiet av virulens, vert-patogen samhandling, medfødte immunforsvaret og narkotika effekt. Details for the rearing, care and breeding of the hissing cockroach are provided. Vi viser også hvordan det kan bli infisert med bakterier som intracellulær patogener stokk mallei og B. pseudomallei, B. thailandensis. Use of the hissing cockroach is inexpensive and overcomes regulatory issues dealing with the use of mammals in research. I tillegg er resultater funnet ved hjelp av fresende kakerlakk modellen reproduserbare og ligner de får pattedyr modeller. Dermed representerer den Madagaskar fresende kakerlakk en attraktiv surrogat vert som skal utforskes når du utfører dyrestudier.
Bruk av insekter som alternativ ikke-pattedyr dyremodeller bakteriell patogenesen og medfødte vert forsvar har vært økende momentum de siste årene. Logistisk, er dette på grunn av deres relativt rimelig pris og bekvemmeligheten ved å skaffe håndtering og omsorg for insekter sammenlignet pattedyr. Det er også noen regulerende politikk regulerer bruk av forskning; Det er ikke underlagt purview eller begrensninger som er fastsatt av alle dyr bruk komiteen eller statlig organ. Insekter som surrogat dyremodeller er spesielt mottagelig for omfattende screening undersøkelser for virulens faktorer, vert-patogen interaksjoner og vurderinger av anti-mikrobielle narkotika effekt. Bruken kan redusere antall pattedyr brukes til forskning og dermed overvinne noen av de etiske dilemmaene iboende gjennomføringen av dyr eksperimentering 1,2.
Insekter kan tjene som surrogat verter fordi det er en høy grad av alminnelighet mellom de medfødte immunsystem insekter og pattedyr 1,3. Både insekt plasmatocytes og pattedyr makrofager phagocytose mikroorganismer 4. Insekt tilsvarer nøytrofile er hemocyte 5,6. Intracellulær oksidativt burst stier i insekt og pattedyrceller ligner; frie radikaler i begge produseres av orthologous p47phox og p67phox proteiner 5. Signalnettverk kaskader nedstrøms Toll reseptorer i insekter og Toll-like reseptorer og Interleukin-1 i pattedyr er også bemerkelsesverdig lik; begge føre til produksjon av antimikrobielle peptider som defensins 7. Insekter kan dermed benyttes for å studere generell medfødte immunsystemet mekanismer som deles av Metazoer.
Et insekt kalt Madagaskar fresende kakerlakk fra slekten Gromphadorhina, er en av de største kakerlakk artene som finnes, vanligvis nå 5 til 8 cm på modenhet. It is native only to the island of Madagascar and is characterized by the hissing sound it makes – a sound that is produced when the hissing cockroach expels air through respiratory openings called spiracles 8. Den karakteristiske susing fungerer som en form for sosial kommunikasjon mellom fresende cockroaches for frieri og aggresjon 9 og kan bli hørt når en mann er forstyrret i sitt habitat. The Madagascar hissing cockroach is slow moving compared to the American cockroach and other urban pest species. Det er lett å omsorg for og rase; en gravid fresende kakerlakk kan produsere 20 til 30 avkom samtidig. En baby fresende affinitet kalt en nymfe, når seksuell modenhet i 5 måneder etter gjennomgår 6 molts og kan leve opp til 5 år både i naturen og i fangenskap 8.
Vi har utnyttet Madagaskar fresende kakerlakk som surrogat vert for infeksjon med intracellulære patogener stokk mallei, B. pseudomalleiog B. thailandensis 10,11. Virulens av disse patogener i fresende cockroaches var i forhold til deres virulens i benchmark dyr modellen for stokk, Syreren hamster. Vi fant at 50% dødelig dose (LD50) B. pseudomallei og B. mallei var lik i begge modeller 11. Interessant, er B. thailandensis, selv om avirulent i gnager modellen dødelig i fresende kakerlakk 11. Denne forskjellen med hensyn til B. thailandensis infeksjon understreker nytten av den fresende kakerlakk modellen; B. thailandensis demping mutanter kan lettere løses i den fresende kakerlakk enn i gnager modeller. Videre som B. thailandensis brukes ofte som kan modell organismen for B. pseudomallei og B. mallei 10,12,13, identifisere demping mutasjoner i det føre til lignende mål i sin mer virulente slektninger.
Despite the difference in virulence of B. thailandensis in the hissing cockroach versus the Syrian hamster, mutations in critical virulence factors, such as those in the type 6 secretion system-1 (T6SS-1), which are attenuating in B. mallei and B. pseudomallei, er tilsvarende demping for B. thailandensis 11. Fresende kakerlakk modellen valideres videre i den personlige T6SS mutanter (T6SS-2 til T6SS-6) i B. pseudomallei, som har ingen peiling på virulens i syrer hamsters, forblir virulente i fresende cockroaches 11. Thus, the hissing cockroach is a viable surrogate animal model for the three Burkholderia species. We recently utilized the hissing cockroach as a surrogate animal model to examine the efficacy of the anti-malarial drug chloroquine (CLQ) against Burkholderia infection 10 and its toxicity.
Her beskriver vi de Stell og omsorg i Madagaskar fresende kakerlakk og gir detaljer om hvordan å infisere dette insektet med tre stokk arter. Furthermore, we illustrate that the hissing cockroach is a viable surrogate model to study virulence and drug efficacy in Burkholderia infections and that it likely can also serve as a surrogate host for other bacterial pathogens in similar studies.
Optimale eksperimentelle forhold begynner med en sunn fresende kakerlakk koloni, som krever en minimal men konsekvent tid forpliktelse. Selv om fresende cockroaches kan gå i relativt lang tid (~ uker) uten mat og vann, ukentlig eller bi-ukentlige bur vedlikehold må angis. Dette inkluderer mat og vann og at buret er tørr. Opprettholde tørr levekår er spesielt viktig i Akklimatisering og inkubasjon ved høyere temperaturer; Vi finner at mer fresende cockroaches dø og raskere ved høyere temperaturer når beholdere ik…
The authors have nothing to disclose.
J. Chua, na Fisher, D. DeShazer og am Friedlander utformet fremgangsmåtene i manuskriptet. J. Chua, na Fisher, SD Falcinelli og D. DeShazer utført eksperimenter. J. Chua skrev manuskriptet.
Forfatterne takker Joshua J. W. Roan, Nora D. Doyle, Nicholas R. Carter og Steven A. Tobery for utmerket kundestøtte og David P. Fetterer og Steven J. Kern for statistisk analyse.
Arbeidet ble støttet av den Defense trussel reduksjon Agency forslag #CBCALL12-THRB1-1-0270 A.M.F og #CBS. MEDBIO.02.10.Rd.034 til D.D.
Meninger, tolkninger, konklusjoner og anbefalinger er de av forfatterne, og nødvendigvis er godkjent ikke av US Army.
Innholdet i denne publikasjonen gjenspeiler ikke nødvendigvis synet eller retningslinjer for Department of Defense, eller nevner av varenavn, kommersielle produkter, eller organisasjoner endossering av den amerikanske regjeringen.
Madagascar hissing cockroach |
Carolina Biological Supply Co, Burlington, NC | 143668 | |
Kibbles n Bits, any flavor | Big Heart Pet Brands, San Francisco, CA | UPC #079100519378 | |
Snap on disposable plastic containers or equivalent | Rubbermaid, Huntersville, NC | UPC #FG7F71RETCHIL | |
Screw on disposable plastic containers or equivalent | Rubbermaid, Huntersville, NC | UPC #FG7J0000TCHIL | |
Tridak STEPPER series repetitive pipette | Dymax Corporation www.dymax.com |
T15469 | |
Syringe (1 mL) | Becton Dickinson, Franklin Lakes, NJ | 309659 | |
Needle (26 or 27G x 1/2) | Becton Dickinson, Franklin Lakes, NJ | 305109, 305111 | |
Chloroquine diphosphate | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO | C6628 | |
Phosphate buffered saline | Gibco/ Thermo Fisher Scientific, Gaithersburg, MD | 10010023 | |
Difco Luria- Bertani (Lennox) | Becton Dickinson, Sparks, MD | 240230 | |
Agar | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO | A1296 | |
Glycerol | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO | G6279 |