Method Article
Drosophila melanogaster is an outstanding model organism for studying innate immune systems and the physiological consequences of infection and disease. This protocol describes how to deliver robust and quantitatively repeatable bacterial infections to D. melanogaster, and how to subsequently measure infection severity and quantify the host immune response.
在果蝇是首屈一指的模式生物用于研究免疫防御的功能和进化中的一个。先天免疫的许多方面都昆虫和哺乳动物之间是保守,并且因为果蝇可容易进行遗传和实验操作,它们是强有力的用于研究免疫系统功能和疾病的生理后果。这里展示的程序允许苍蝇通过引入细菌感染直接进入体腔,绕过上皮障碍和更被动形式防御,并允许焦点对全身感染。该程序包括用于主机死亡率,系统性病原体负荷,并诱导宿主免疫系统的程度的测量速率协议。这种感染过程是便宜,耐用和定量重复的,并且可以在功能性遗传学,进化生活史,和生理学研究中。
在果蝇是首屈一指的模式生物用于研究功能和免疫防御。 果蝇进化是价格低廉,易于后部之一,具有高度的服从实验操作,并已开发了一系列广泛的科学界的支持阵列的研究工具。先天免疫的许多方面都昆虫和哺乳动物之间是保守,包括信号转导通过Toll样受体和NF-κB家族的转录因子,JAK / STAT信号和JNK途径的反应介导的。1,2-这些基因和途径可以的功能在D查询果蝇使用突变或RNAi击倒该增加或减少通路活动3 - 6此外, 果蝇可用于研究感染和疾病的生理后果,包括在进化生活史理论的前后关系7。- 9所有这些研究,但是,依赖于可靠地感染实验苍蝇定义的处理条件下的能力。此处描述的方法提出了用于递送健壮和可重复的细菌感染到果蝇和随后测量感染的严重程度和量化宿主的免疫反应的方法框架。
果蝇可自然和实验感染通过多种寄生虫和病原体,包括细菌,真菌,病毒,线虫和寄生蜂的。目前的协议是专注于提供全身细菌感染。许多不同的细菌可用于感染苍蝇,和实验者的选择应基于精确的科学问题被提出。例如,人的临床分离物可用于研究细菌毒力机制10,或生态相关菌株可以是地优选ð进化研究。11有些细菌是D.主管病原体果蝇,增殖后感染并引起宿主疾病或死亡。其它细菌被宿主的免疫系统有效地管理和在几天内清除。在此示范, 雷氏普罗威登斯菌将用作增殖性病原体,可引起宿主的死亡率和仍然存在于存活宿主。 大肠杆菌将被用来作为一个非病原体是受宿主免疫系统清除。
感染会通过引入细菌直接进入体腔的苍蝇的建立。这种方法绕过上皮屏障和保护行为,使全身感染的调查传输无关的自然方式。有两个主要方法用于实验建立系统性感染。在第一,一个nanoinjector和拉玻璃毛细管针用于注入的精确数细菌带入飞。这种方法具有允许感染剂量的大的动态范围和存在定量高重复性的优点。第二种方法是提供感染化粪池针眼。这种方法具有可快速,不需要特殊仪器的优势。一旦感染建立,变得可以测量系统性病原体负载,主机死亡率,并诱导免疫系统的活性。当然,任何数目的额外的表型可以令人信服地在感染D.测定果蝇 ,包括感染后繁殖力12,学习能力13,代谢状态14,或几乎可以想像的任何其他特征。
1.收集和准备苍蝇
2.文化和准备细菌
3.感染蝇
注:由于果蝇的免疫受昼夜节律的影响,它在整个实验重复每天的同一时间进行感染是非常重要的16。
3.1)用Nanoinjector
3.2)感染性针刺
3.3)评估的感染剂量交付
感染4.检定存活
5.测定细菌负荷感染后
免疫系统的基因分析6转录激活
本节中示出了可以果蝇的细菌感染后获得的结果, 图 1显示,感染剂量与细菌悬浮液用于注射的光密度变化,并且该递送可通过均质化和电镀可靠地估计剂量立即蝇注射后。如示于图2中 ,不同的病原体可引起不同程度的宿主死亡( 图2A)和主机死亡率可以是剂量依赖性的( 图2B)。重要的是,此协议允许在要达到的不同类型的感染: 雷氏普罗威登斯菌可导致慢性,亚致死性感染持续20天或更长时间( 图3A)。然而,其他细菌一样Escerichia大肠杆菌将主要由主机蝇清零6小时感染后( 图3B)内。诱导免疫SYS的统可通过抗菌肽转录( 图4A和B)RNA分离和随后的qRT-PCR来估计。类似但不定量,苍蝇表达GFP的抗微生物肽基因的启动子的控制下,可用于可视化诱导免疫系统( 图4C)的。
图1:确定感染剂量苍蝇注射50 NL菌悬液覆盖范围的光学密度(0.0001 - 0.05)的。苍蝇是立即匀浆并镀以确定由喷射引入的细菌数。最初的细菌量强烈与相关初始OD注射(R 2 = 0.96)
图2:注射用细菌病原体后存活5-7天龄的男性注射50 NL的任一细菌悬浮液或无菌培养基并监测存活。 (A)野生型果蝇注射约5000细菌从三个不同的品种之一。主机死亡率很大程度上取决于用于感染的细菌种类。 (B)野生型果蝇注射三种不同剂量Enterococcous粪 - 50,500,每飞5000细菌。苍蝇死时更快速地以更高感染剂量(C)的感染的免疫系统突变体和野生型同基因控制线分别注射大约500 洋葱伯克霍尔德菌 。进行了配对数秩比较表明,野生型苍蝇的生存比感染突变显著更好(χ2 = 59.02,自由度= 1,P <0.0001)。
图3:注射蝇后细菌负荷注射约(A) 的 5000 P.雷氏普罗威登斯菌 (B)3400 E.大肠杆菌 。细菌负荷被注射后,并在各种后续时间点立即确定。每个数据点代表单个苍蝇的细菌负荷。E.大肠杆菌是迅速从主机的挑战,同时清除P.雷氏普罗威登斯菌持续了主机的余生,。
图4:诱导免疫基因表达注射后 。 ( 一 )果蝇注射50 NL P的雷氏普罗威登斯菌或无菌PBS中任腹部或胸部, 还是留给未经处理除了CO 2麻醉。感染后六小时后,收集为Diptericin A基因 ,使用qRT-PCR测定的RNA分离和表达苍蝇。 (A) 的表达水平进行作图,Diptericin的比率A转录到RP49转录和缩放,使得CO 2的控制被定义为具有1的表达水平条形代表比率的平均值和标准误差从每个状态(正= 4)。 (B)的表达水平进行作图,一个2ΔΔCT与用作标准未诱导状态的CO 2感知控制苍蝇的平均C 的T值。条形代表从每个条件ΔΔCT中的平均值和标准误差(4例)。虽然在转录物诱导无差异,由于注射部位,面板A和B的比较表明如何ΔΔCT法可以潜在高估诱导水平。 (C)苍蝇表达GFP下Diptericin控制的发起人注射50 NL的P.雷氏普罗威登斯菌 (OD = 0.1),然后成像后7天。 GFP的面板显示绿色荧光蛋白在感染苍蝇的腹部脂肪体的表达,表明激活Diptericin的细菌感染的果蝇启动子,但不是媒体注入控制。
基因 | 前锋 | 反 |
RP49(也称为RPL32) | 5'AGGCCCAAGATCGTGAAGAA 3' | 5'GACGCACTCTGTTGTCGATACC 3' |
Diptericin一个 | 5'GCGGCGATGGTTTTGG 3' | 5'CGCTGGTCCACACCTTCTG 3' |
Drosomycin | 5'CTGCCTGTCCGGAAGATACAA 3' | 5'TCCCTCCTCCTTGCACACA 3' |
防御 | 5'GAGGATCATGTCCTGGTGCAT 3' | 5'TCGCTTCTGGCGGCTATG 3' |
家蝇Attacin一个 | 5'CGTTTGGATCTGACCAAGG 3' | 5'AAAGTTCCGCCAGGTGTGAC 3' |
Metchnikowan | 5'AACTTAATCTTGGAGCGATTTTTCTG 3' | 5'ACGGCCTCGTATCGAAAATG 3' |
表1:引物定量RT-PCR。
这里所描述的过程产生果蝇的严谨和高品质的感染。示出的实施例主要集中在感染雷氏普罗威登斯菌和大肠杆菌杆菌 ,但该协议是适应性强,可以适用于感染多种细菌在一定范围的宿主饲养和维护条件。
的最佳实验方法的细节将取决于用于感染的细菌,宿主的基因型,使整体的实验条件。它发起更雄心勃勃的项目之前,任何新的实验条件下,强烈建议先导性试验。一个好的起点是超过100倍的范围内测试三个剂量的感染。高毒力的病原体通常最好在非常低的感染剂量引入,10的数量级上 - 每个飞100细菌细胞。较为温和的病原体可以在较高剂量的每FL 1000左右的细菌注入y和非病原可能在剂量高达每飞万菌注射。它往往是有益的,通过跟踪病原体负载,主机死亡率,和免疫系统活性过一个纵向的时间序列来定义的新颖的感染动力学。因为病原体负载和宿主基因表达的测量是破坏性的测定,有必要对感染不同苍蝇在实验为每个时间点是要测量的开始。
当决定是否使用针刺或微毛细管的注塑,必须注意的有优点和局限性每种方法是重要的。毛细注射引入了一个体积的液体成飞,其中两个略有增加膨压,并引入的盐或悬浮或溶解在载体中的其它分子。毛细管注入也需要访问打针设施所需的设备或购买。化粪池针刺不需要特殊的设备和介绍可忽略的媒体成飞,并且通常为感染大量苍蝇更有效。然而,针刺感染不允许精确控制,可与毛细管注射感染实现剂量。本协议集中在机械调节喷射量的喷射装置,但也有根据加压空气的离散脉冲喷射系统。20,21,这些通常比装置这里展示更昂贵,并且需要空气脉冲到每个校准针,以确保一致的注射体积。
有相当多的争论,但是,苍蝇如何成为全身感染的细菌在野外很少的数据。一些研究者断定,大多数自然感染的发生,当果蝇摄入致病细菌和细菌随后难逃肠道建立一个全身性感染。但是,也有非常菲已知瓦特细菌能够越过D的肠果蝇 ,和那些有这种能力是非常致命的苍蝇22,23。另一种理论是,经常飞过从失败的企图掠夺或攻击外寄生螨虫逃逸维持表皮的伤害。这种假设是支持的频繁收集野生D的果蝇黑色素轴承斑点是指示愈合的伤口(未发表意见)的。螨已显示在果蝇 24发送细菌感染和由螨留下的伤口可在蜜蜂25被二次细菌感染。但是,在D的螨驱动或否则机会性感染的性质的频率通过角质层违反果蝇是未知的。这里所描述的协议允许引入细菌直接进入通过定量注射绕过任何障碍上皮或行为IMMU淋巴无穷大。方法用于馈送致病菌D.果蝇已经于Vodovar 等人 22和Nehme 等人 23进行了描述。
许多昆虫细菌造成很少或没有人类健康的风险,使研究人员能够与他们舒适地工作。此外,很少有细菌感染的果蝇实验无接触的干预能力,所以细菌感染的"流行病"蔓延通过实验室通过污染的表面上的风险或逃苍蝇通常是非常低的。不过,最好是确保有足够的遏制措施,以防止感染的苍蝇逃跑和夺回任何逃脱苍蝇。实验室应在生物安全水平与病原体相称的使用进行配备,并在微生物标准的最佳做法应被采用。
实验infecti在这里介绍的方法可以让果蝇与任意细菌任何剂量的感染。一旦感染已经成立,它是直接测量细菌增殖或间隙动力学,跟踪主机的死亡率,并测定诱导宿主免疫系统。受感染的苍蝇可以很容易进行其它的表型分析,包括生理功能可能形成或由感染被成形的试验。描述的方法是便宜的,需要相对小的专门设备,并且很容易了解到,这使得它们适合用于在研究和教学实验室广度在不同项目中使用。
None of the authors have competing interests or conflicting interests.
We would like to thank the entire Lazzaro lab, and especially Susan Rottschaefer, for their help in both reviewing and testing these protocols. This is a product of their cumulative expertise. Work in the Lazzaro lab is supported by grants R01 AI083932 and R01 AI064950 from the US National Institutes of Health.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Incubator | Powers Scientific, Inc | DROS52SD | |
Paintbrush | |||
CO2 Flypads | FlyStuff | 59-114 | |
CO2 | Airgas | CD FG50 | |
Drosophila rearing mix | |||
6 oz Square Bottom Bottles, polypropylene | Genesee Scientific | 32-130 | |
Nosterile Extra Large Cotton Balls | Fisher brand | 22-456-882 | |
Microscope | Olympus Corporation | SZ51 | |
Drosophila Vials polystyrene | VWR international | 89092-720 | |
Nosterile Large Cotton Balls | Fisher brand | 22-456-883 | |
2 L flask | VWR international | 89000-370 | |
Petri Dishes with Clear Lids, Raised Ridge; 100 x 15 mm; | VWR international | 25384-302 | |
LB Agar, Miller | Difco | 244520 | |
Innoculing Loop | VWR international | 80094-488 | |
Rainin Clasic Pipettes in various sizes 0.1 µl to 2 µl, 2 µl to 20 µl, 20 µl to 200 µl, 100 µl to 1,000 µl | Rainin | PR-2 PR-20 PR-200 PR-1000 | |
Micropipette tips (assorted sizes) | VWR international | 30128-376 53503-810 16466-008 | |
Luria Broth Base, Miller | Difco | 241420 | |
Disposable Culture Tubes Borosilicate Glass | VWR international | 47729-576 | |
S-500 Orbital Shaker | VWR international | 14005-830 | |
Centrifuge | VWR international | 37001-300 | |
PBS pH 7.4 10X | Invitrogen | 70011044 | |
SmartSpec 3000 Spectrophotometer | Bio-Rad | 170-2501 | |
Semimicrovolume Cuvettes | Bio-Rad | 223-9955 | |
Vertical Capillary Puller | Kopf Needle Pipette Puller | ||
3.5'' Replacement glass Capillaries for Nanojet II | Drummond Sientific Company | 3-000-203-G/X | |
Nanoject II | Drummond Sientific Company | 3-000-204 | |
Forceps | Fine Science Tools | 11255-20 | |
10 ml Syringe | BD | 309604 | |
Mineral Oil, White, light | Macron Fine Chemicals | 6358-10 | |
Minutein pins | Fine Science Tools | 26002-10 | |
1.5 ml Microcentrifuge tubes; Seal Rite | USA Scientific Inc. | 1615-5500 | |
Motorized Pestle; Talboys Laboratory Stirrer | Troemner | 103 | |
Talboys High Throughput Homogenizer | OPS Diagnostics | 930145 | |
5/32'' Grinding Balls | OPS Diagnostics | GBSS 156-5000-01 | |
Vortex Genie | Scientific indurstries inc. | G560 | |
Multichannel Pipettor (10 μl - 300 μl) | Sartorius | 730360 | |
WASP2 Whitley Automated Spiral Plater | Microbiology International | ||
ProtoCOL automated colony counter / plate counter/ plate reader | Microbiology International | ||
TRIzol | Life Technologies | 15596-026 | |
qPCR tubes; Low-Profile 0.2 ml 8-Tube Strips | Bio-Rad | TLS0801 | |
qPCR caps; Optical Flat 8-Cap Strips | Bio-Rad | TCS0803 | |
RQ1 RNase-Free DNase | Promega | m610a | |
M-MLV Reverse Transcriptase | Promega | m170b | |
dNTPs | Promega | U1240 | |
Oligo-dT | IDT | ||
SsoAdvanced SYBR Green Supermix | Bio-Rad | 172-5260 | |
CFX Connect Real-Time PCR Detection System | Bio-Rad | 185-5200 | |
RNasin Ribonuclease Inhibitor | Promega | N2115 |
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