Name: functional characterization of carboxylesterases in insecticide resistant house flies, musca domestica
Uploaded: 2018-08-23T14:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 17 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Functional Characterization of Carboxylesterases in Insecticide Resistant House Flies, Musca Domestica at JoVE.com

1. Ausdruck und Isolation von Zielproteinen mit einem Insekt Zelle Baculovirus-vermittelten Expressionssystem
<ol><li>Direktional Klonen Sie PCR-Produkte von Zielproteinen von Stubenfliegen Blunt beendet.<ol>
<li>Design-PCR Primer grün fluoreszierenden Proteins (GFP) und das Haus fliegen MdαE7 gen basierend auf ihre Sequenzen und die besonderen Anforderungen des gewählten Vektors (Tabelle 1).</li>
		<li>Verwenden Sie ein Lektorat, thermostabile DNA-Polymerase und Primer aus Schritt 1.1.1 150 µL-PCR-Reaktion (30 µL Puffer Reaktion, 3 µL 10 mM dNTPs, 1,5 µL DNA-Polymerase, 6 µL Haus fliegen Schablone DNA, 7,5 µL vorwärts Grundierung durchführen 7,5 µL des rückwärts-Primer, mit Wasser zu einem Endvolumen 150 µL). Erhitzen die PCR-Reaktion auf 98 ° C für 30 s, gefolgt von 35 Zyklen von 98 ° C für 10 s, 53 ° C für 30 s und 72 ° C für 60 s, und dann eine letzte Verlängerung bei 72 ° C für 2 min).<ol>
<li>Führen Sie eine 1 % Agarose-Gel mit 150 µL des PCR-Produktes.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Die Ziel DNA-Fragmente aus dem Agarose-mit einem scharfen, sauberen Skalpell Gel Verbrauchsteuern: 1317 bp für MdαE7 und 858 bp für GFP. Reinigen Sie die DNA mit im Handel erhältlichen Gel Extraktion Kit nach Herstellerangaben-Protokolls (Table of Materials). Die gereinigte DNA in 15 µL destilliertes Wasser auflösen.</li>
		<li>Führen Sie eine 1 % Agarose-Gel mit 1 µL gereinigte DNA-Integrität zu überprüfen. Verwenden Sie ein anderes 1 µL gereinigte DNA-Konzentrationen mit dem Spektralphotometer messen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Ein Eintrag Plasmid für Zielproteine zu konstruieren<ol>
<li>Richten Sie das Klonen Reaktion. Mix frisch gereinigte DNA-Produkte aus Schritt 1.1.3 und handelsüblichen Eintrag Vektoren mit AttL-Websites (Table of Materials) in einem Molverhältnis von 1:1 (0,5-2 µL frische PCR-Produktes bei 70-200 ng/µL Konzentrationen: 0,5 µL Vektor). Dann fügen Sie 1 µL einer handelsüblichen Salzlösung (1,2 M NaCl2 und 0,06 M MgCl2) und fügen Sie Wasser zu einem Endvolumen von 6 µL. vorsichtig mischen und in 1 h bei Raumtemperatur inkubieren.</li>
		<li>Übertragen 4 µL des Klonens Reaktionsprodukte in Schritt 1.2.1 in 50 µL chemisch kompetenten E. Coli Zellen. Inkubation auf Eis für 30 min. Hitzeschock Zellen für 30 s im Wasserbad 42 ° C ohne schütteln.</li>
		<li>Setzen Sie den Schlauch wieder in Eis für eine weitere 2 min. Fügen Sie 250 µL Raumtemperatur S.O.C. Medium (2 % Tryptone; 0,5 % Hefeextrakt; 10 mM NaCl; 2,5 mM KCl, 10 mM MgCl2; 10 mM MgSO4; 20 mM Glukose). Inkubation bei 37 ° C für 1 h mit sanft schütteln.</li>
		<li>Verbreiten von 50-200 µL der Bakterienkultur im Schritt 1.2.3 auf den selektiven LB-Platten (1 g Tryptone; 1 g NaCl; 0,5 g Hefeextrakt 1,5 g Agar in 100 mL destilliertem Wasser gelöst. Autoklaven und 0,1 % von 50 mg/mL Kanamycin hinzufügen). Brüten Sie LB-Platten für 16 h bei 37 ° C für das koloniewachstum.</li>
		<li>Wählen Sie 5 bis 10 Kolonien und wieder auszusetzen Sie einzeln in 5 µL destilliertes Wasser.</li>
		<li>Führen Sie PCR durch Zugabe von 5 µL Reaktion Puffer, 0,5 µL 10 mM dNTPs, 0,25 µL DNA-Polymerase, 1 µL der suspendierten Kolonien, 1,25 µL 10 µM M13 vorwärts Grundierung, 1,25 µL 10 µM-rückwärts-Primer des Zielgens und Wasser zu Endvolumen von 25 µL. Erhitzen der PCR Reaktion auf 98 ° C für 30 s, gefolgt von 35 Zyklen von 98° C für 10 s, 53 ° C für 30 s und 72 ° C für 60 s, und dann eine letzte Verlängerung bei 72 ° C für 2 min (Tabelle 1).</li>
		<li>Re Kultur 3 µL der suspendierten Kolonien aus Schritt 1.2.5 in TB Medien (100 mL Phosphatpuffer mit 0,17 M KH2PO4 und 0,72 M K2HPO4 mit 450 mL Basis Brühe 6 g Tryptone, 12 g Hefe und 2 mL-haltigem medium Glycerin, sterilisiert, mit 0,1 % 50 mg/mL Kanamycin) für 16 h extrahieren hochreine Plasmid-DNA nach Protokoll des Herstellers.</li>
		<li>Einsatz 200 ng/µL hochreine Plasmid aus Schritt 1.2.7 für kommerzielle Sanger Sequenzierung mit vorwärts- und Primern M13. Überprüfen Sie die korrekte Einführung des Zielgens in Vektor basierend auf der Reihenfolge Karte vom Hersteller bereitgestellt.</li>
		<li>Speichern Sie die Sequenz verifiziert hochreine Plasmid DNA-Proben von MdαE7 und GFP bei-20 ° C. Hinweis: Dies sind die Eintrag Plasmid DNA-MdαE7 und GLP.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Erstellen eines rekombinanten Baculovirus Durchführung Lambda Rekombination (LR) Reaktion.<ol>
<li>Mischen Sie jeweils 1 µL von 300 ng/µL Eintrag Plasmid DNA der GFP, MdαE7 aus Schritt 1.2.7 oder Eintrag Plasmid DNA von Chloramphenicol-Acetyltransferase-gen (CAT) durch die Zelle Transfektion Kit mit 5 µL der im Handel erhältlichen (mit AttL Seiten) zur Verfügung gestellt C-Begriff lineare DNA (mit AttR Seiten) in 250 µL PCR-Röhrchen. Fügen Sie zu einem Gesamtvolumen von 8 µL TE-Puffer. Hinweis: Die Reaktionen der GFP und Katze dienten als Kontrollgruppe.</li>
		<li>Fügen Sie 2 µL der handelsüblichen Lambda Rekombination (LR) Enzym-Mix (Table of Materials) in jeder Mischung aus Schritt 1.3.1, die LR-Reaktion zu katalysieren. Vorsichtig mischen Sie und inkubieren Sie bei 25 ° C über Nacht (≈16 h). Hinweis: Die LR-Reaktion erleichtert die Rekombination eine AttL-haltigen Eintrag Plasmid DNA mit einem AttR-haltigen C-Begriff lineare DNA, eine AttB-haltigen mit dem Ausdruck ihrer Virus zu generieren. Dieser Schritt liefert der rekombinanten Baculovirus für jedes Zielprotein.</li>
		<li>Verdünnen Sie 1 µL LR Reaktionsprodukte aus Schritt 1.3.2 20 X. Führen Sie PCR unter Verwendung eines Polyhedrin vorwärts Grundierung und V5-rückwärts-Primer (Tabelle 1). Verwenden Sie 5 µL des PCR-Produkte auf einem 1 % Agarosegel um die Qualität zu überprüfen. Abbildung 1 zeigt ein Beispiel für die LR Reaktionsprodukt von MdαE7 gen.</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58106/58106fig1.jpg"> Abbildung 1: Beispiel-Ergebnisse der MdαE7 LR Reaktion durch PCR-Analyse. Verdünnen Sie 2 µL der LR Reaktion 200-fach und verwenden Sie 2 µL der Verdünnung mit Polyhedrin forward Primer und V5-rückwärts-Primer, um eine 25 µL PCR durchzuführen. Verwenden Sie 5 µL des PCR-Produkte um 1 % Agarosegel überprüfen die Qualität der LR Reaktion auszuführen. ein
<ol start="4"><li>Transfizieren Sf9 Insektenzellen<ol>
<li>Kultur Sf9 Insektenzellen mit 5 mL der vollständige Zelle Wachstum mittlerer (serumfreien Medium mit 10 % fetalen bovine Serum (FBS)) T25 behandelt Fläschchen bei 27 ° c.</li>
		<li>Entfernen Sie den überstand und bündig unten angebracht Zellen mit 3 mL komplette Frischzellen Wachstumsmedium. Übertragen Sie 0,5 mL neu suspendierten Zellen in einem neuen T25 behandelt Kolben. 4,5 mL komplette Wachstumsmedium hinzugeben. 3-4 Tage bis zur nächsten Übertragung bei 27 ° C inkubieren.</li>
		<li>Samen 2 mL der Log-Phase Wachstum Insekt Sf9 Zellen Kultur (≈3.0-5.0 × 106 Zellen) gleichmäßig auf die Zellkultur gut. Können Sie Zellen für mindestens 3 h bei Raumtemperatur in der Haube zu befestigen.</li>
		<li>Überprüfen Sie die Zellhaftung durch die Beobachtung mit einem inversen Phase Mikroskop bei 250 X. Das Zellkulturmedium entfernen und ersetzen mit 2 mL Graces Insekt Medium.</li>
		<li>Transfektion Mischung A Lösung (8 µL der im Handel erhältlichen Zelle Infektion Reagenz (Table of Materials) mit 100 µL Graces Insekt Medium) und Transfektion Mischung B Lösung von jedem Zielgen (9 µL LR Reaktionsprodukte aus Schritt 1.3 vorbereiten mit 100 µL unsupplemented Grace Insekt Medium) in 1,5 mL Zentrifugieren Röhren, beziehungsweise.</li>
		<li>Mischen Sie vorsichtig Transfektion Mischung A und B zusammen durch Tippen auf die Rohre. Inkubation bei Raumtemperatur für 35 min in der Kapuze.</li>
		<li>Fügen Sie die Mischung gleichmäßig aus Schritt 1.4.6 tropfenweise auf die gesetzten Zellen aus Schritt 1.4.4. Brunnen mit Bändern verschließen und über Nacht bei 27 ° C inkubieren.</li>
		<li>2 mL Graces Insekt Medium mit 2 mL komplette Wachstumsmedium zu ersetzen. Fügen Sie 100 µM Ganciclovir in jedem Bohrloch negativ gegen nicht-rekombinante Baculovirus auswählen. Versiegeln Sie Brunnen mit Klebeband und inkubieren Sie bei 27 ° C für 72 h.</li>
		<li>Sammeln Sie 72 h Post Infektion Zellkulturmedium aus jedem Brunnen und übertragen Sie auf 1,5 mL Zentrifuge Röhren. Zentrifugieren Sie bei 1.500 x g für 5 min bei 4 ° C, Zellen oder großen Schmutz zu entfernen.</li>
		<li>Übertragen Sie den überstand in neuen 1,5 mL Zentrifuge Röhren. Bei 4 ° C mit vor Licht geschützt aufbewahren. Hinweis: Dies sind P1 Virus auf lagerlösungen für jedes Zielgen.</li>
		<li>Verstärken Sie den niedrigen Titer P1 virale bestand (1 × 105-1 × 106 Pfu/mL), eine hohe Titer P2 virale Aktie (5 × 107-1 × 108 Pfu/mL).</li>
		<li>Samen 2 mL der Log-Phase Wachstum Insekt Sf9 Zellen Kultur (≈3.0-5.0 × 106 Zellen) gleichmäßig auf die Zellkultur gut. Können Sie Zellen für mindestens 3 h bei Raumtemperatur in der Haube zu befestigen.</li>
		<li>Impfen Sie 5 µL P1 Virus Aktien erwarb Schritt 1.4.10 in der Zelle bzw. auch der Schritt 1.4.12, ausgesät. Fügen Sie 100 µM Ganciclovir in jede Vertiefung. Versiegeln Sie Brunnen zu und inkubieren Sie bei 27 ° C für 72 h.</li>
		<li>P2-Virus Stammlösungen der 72 h Post Infektion zu sammeln. Bei 4 ° C mit vor Licht geschützt aufbewahren. Hinweis: Dies sind P2 Virus auf lagerlösungen für jedes Zielgen.</li>
		<li>(Optional) Wiederholen Sie die Schritte 1.4.12-1.4.14 mit 5 µL P2 Virus Lager P3 Virus Stammlösungen zu sammeln. Hinweis: Dies sind P3 Virus auf lagerlösungen für jedes Zielgen.</li>
		<li>Speichern Sie alle konstruierten Baculovirus bei 4 ° C mit Lichtschutz. Hinweis: Die GFP und CAT-gen wurden diente als Kontrollgruppe. Abbildung 2 zeigten die Zellen wenn in verschiedenen Verstärkung Phasen von GFP-rekombinante Baculovirus infiziert.</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58106/58106fig2.jpg"> Abbildung 2: Beispiel für infizierte Anzeichen für Sf9 Zellen in verschiedenen Baculovirus Verstärkung Phasen. Die Abbildung zeigt GFP-rekombinante Baculovirus Zellen unter Tageslicht und fluoreszierende Licht. In der Phase der P1-Infektion ist das Verhältnis der Infektion gering. In der Phase der Infektion der P2 war das Verhältnis der Infektion deutlich verbessert. In der Phase der P3-Infektion fast alle Zellen zeigten Symptome der Loslösung von Kultur Zellplatte, erhöht der Zelle Durchmesser sowie die Einstellung des Zellwachstums. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58106/58106fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<ol start="5"><li>Groß angelegte Ausdruck der Zielproteine in Sf9 Insektenzellen<ol>
<li>Kultur 10 mL Log Phase Wachstum Sf9 Insektenzellen mit vollständigen Wachstumsmedium in T25 unbehandelten Flaschen.</li>
		<li>Fügen Sie 200 µL P2 Virus-Stammlösung (erhältlich im Schritt 1.4.14) um Zellkulturen im Schritt 1.5.1 für 72 h zu infizieren.</li>
		<li>72 h Post Infektion Zellkulturmedium zu sammeln. Zentrifuge bei 1.500 x g für 5 min bei 4 ° C.</li>
		<li>Überstand und waschen Pellets zweimal mit 1 mL 0,1 M-PBS-Puffer (pH 7,5) zu verwerfen.</li>
		<li>Zelle Pellets mit 1 mL Insekt Zelle Proteingewinnung & Lyse Puffer (Table of Materials) vollständig zu lösen. Fügen Sie 10 % Glycerin in Zelle Lysis. Sofort bei-80 ° c Lagern</li>
		<li>Wiederholen Sie die Schritte 1.5.1-1.5.5 mit P2 Virus Stammlösung CAT Proteine als die Kontrollgruppe dienen. Hinweis: Wiederholen Sie Schritt 1.5 in dreifacher Ausführung für unterschiedliche Protein Präparate.</li>
	</ol>
</li>
</ol>(2) eine zellbasierte MTT Zytotoxizität Assay
<ol><li>Kultur 5 mL Log Phase Wachstum (1,5 bis 2,5 × 106 Zellen/mL) Sf9 Insektenzellen mit vollständigen Wachstumsmedium in T25 unbehandelten Flaschen.</li>
	<li>Fügen Sie 25 µL P1 Virus-Stammlösung (erhältlich im Schritt 1.4.14) um Zellkulturen in Schritt 2.1 für 48 h mit sanft schütteln bei 27 ° c zu infizieren.</li>
	<li>Bereiten Sie 100 mM standard Stammlösungen Permethrin in Acetonitril. Verwenden Sie Acetonitril, bis 6,25 mM, 50 mM, 25 mM und 12,5 mM durch Zugabe von 500 µL, 250 µL, 125 µL und 62,5 µL Permethrin Stammlösung in einem Gesamtvolumen von 1.000 µL bzw. zu verdünnen.</li>
	<li>Samen Sie gleichmäßig 200 µL des infizierten Zellkulturen aus Schritt 2.2 mit 300 µL kompletten Wachstumsmedium in 24-Well-Platte bei einer Dichte von 2 × 105 Zellen/mL ergänzt.</li>
	<li>Fügen Sie 4 µL Permethrin Standardlösungen (6,25 mM, 12,5 mM, 25 mM und 50 mM) in jede Vertiefung 400 µM und 100 µM, eine Endkonzentration 50 µM und 200 µM bzw. zu machen. Fügen Sie nur 4 µL Acetonitril in Vertiefungen für Zelle Lebensfähigkeit Berechnungen (Abbildung 3).</li>
	<li>Versiegeln Sie Platten mit Bändern zu und inkubieren Sie bei 27 ° C für 48 h mit Lichtschutz.</li>
	<li>5 mg/mL MTT (Thiazolyl blau Tetrazolium Bromid) Reagenz gelöst in Puffer vorzubereiten (2,0 g NaCl, KCl 0,05 g, 0,36 g NaH2PO4∙2H2O, 0,28 g NaH2PO4, 0,05 g KH2PO4 in 200 mL aufgelöst destilliertem Wasser, pH 7,5).</li>
	<li>2.6 Schritt nach 48 h Inkubation entfernen Sie Zellkulturmedium ohne Berührung der unteren fraktionslosen Zellschicht. Fügen Sie 200 µL MTT Reagenz in Schritt 2.7 in jede Vertiefung. Inkubation bei 37 ° C für 4 h bis dunkel violette Formazan Ausscheidungen in jede Vertiefung (Abbildung 3) gebildet.</li>
	<li>Inkubation bei 37 ° C für 4 h bis dunkel violette Formazan Form in jedes gut ausfällt. Fügen Sie 500 µL von DMSO, Ausscheidungen (Abbildung 3) vollständig zu lösen.</li>
</ol><img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58106/58106fig3.jpg"> Abbildung 3: Beispiel für MTT Ergebnisse. Nach 48 h post Infektion mit Virus-Stammlösung P1 CAT rekombinante Baculovirus Lösung gleichmäßig 500 µL Samenzellen CAT-gen in einer 24-Well Zellplatte Kultur zum Ausdruck zu bringen. Jeweils fügen Sie 4 µL Permethrin an eine andere Dosis (6,25 mM, 12,5 mM, 25 mM und 50 mM hinzu) in jeder Zeile die Endkonzentration an 400 µM und 100 µM, 50 µM und 200 µM vornehmen. Die Steuerelement-Reihe wurde mit Acetonitril nur behandelt und gekennzeichnet als CK in der Platte. (A) nach 48 h Inkubation bei 27 ° C verwerfen das Zellkulturmedium auf der oberen Ebene und ersetzen mit 200 µL gelb gefärbten MTT Reagenzien. Dann bei 37 ° C für 48 h dunkel lila farbigen Reduzierung Form ausfällt in jedes gut darauf hinweist, dass die Überlebens-Zellen in der Lage, die gelbe Farbe metabolisierenden inkubieren Sie MTT Reagenzien in den dunklen lila farbigen Niederschlag. (B) 500 µL DMSO Lösungsmittel wurde hinzugefügt, in jede Vertiefung den gebildeten Niederschlag aufzulösen. Der Extinktion Wert jedes gut war röntgenologisch Spektralphotometer bei 540 nm. Wie Permethrin Konzentrationen zu erhöhen, wird die Farbe allmählich ändern von dunkelrot, Hellrot, was darauf hindeutet, dass die Zelle künstliche schrittweise verringert wurden. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58106/58106fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<ol start="10"><li>Übertragen Sie 200 µL des gelösten Lösung in 96-Well-Platte. Messwerte der Extinktion bei 540 nm mit einer Mikrotestplatte Reader (Table of Materials).</li>
	<li>Berechnen Sie Zellviabilität durch Vergleichen der Werte der Extinktion von Permethrin behandelt Zellen mit denen der nur Acetonitril behandelt Zellen.</li>
	<li>Wiederholen Sie für die Kontrollgruppe alle Schritte mit P2-Virus-Stammlösung von Chloramphenicol-Acetyltransferase (CAT) rekombinante Baculovirus erwarb Schritt 1.4.</li>
	<li>Wiederholen Sie 4 Mal für verschiedene Virus-Vorbereitungen.</li>
</ol>3. in-vitro- metabolische Assay
<ol><li>Bereiten Sie 100 mM standard Stammlösungen Permethrin in Acetonitril. Verwenden Sie Acetonitril, um 50 mM, 25 mM, 12,5 mM und 6,25 mM zu verdünnen. Erkennen Sie die entsprechenden Peakfläche unter jede Konzentration mittels HPLC. Erstellen und Berechnen der Standardkurve Permethrin anhand der Peakfläche mit verschiedenen Permethrin Konzentrationen.</li>
	<li>Messen der proteinkonzentrationen in Schritt 1.5 mit Bradford Methoden21.</li>
	<li>Bereiten Sie 700 µL Stoffwechselreaktion mit 40 µM Permethrin Standard und 1 mg von Proteinen, die in Schritt 1.5 in 0,2 M Tris-HCl-Puffer (pH 7,4) aufgelöst. Inkubation bei 30 ° C für 2 h mit sanft schütteln. Vor Licht schützen.</li>
	<li>Die Reaktion durch Zugabe von 700 µL eiskaltem Acetonitril zu stillen. Inkubation bei 30 ° c für weitere 30 min. mit sanft schütteln. Vor Licht schützen.</li>
	<li>Zentrifugieren der Reaktionsmischung bei 16.000 x g für 2 min bei Raumtemperatur. Sammeln Sie die überstand und Filter durch einen 0,45 µm-Membran. Übertragen Sie die Filtration in ultraclean braunen Glasfläschchen für HPLC-Analytik.</li>
	<li>Ausführen der HPLC unter optimalen chromatographischen Bedingungen (Mobile Phase A: 90 % Acetonitril und 10 % Wasser; Die Mobile Phase B: 5 % Acetonitril angepasst auf pH 2,3 mit 85 % Phosphorsäure). Farbverlauf eluieren mit einer Durchflussmenge von 1 mL/min und Maßnahme bei einer Wellenlänge von 232 nm.</li>
	<li>Berechnen Sie die Erschöpfung Prozentsatz der Permethrin durch den Vergleich mit Reaktionen ohne Protein Probe hinzugefügt.</li>
	<li>Verwenden Sie CAT-Protein in Schritt 1.5.6 erhaltenen als Kontrolle dienen.</li>
	<li>Wiederholen Sie die Schritte mit verschiedenen Protein-Präparaten im Schritt 1.5.7.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Scott, J. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Insecticide+resistance+in+house+flies+from+the+United+States:+Resistance+levels+and+frequency+of+pyrethroid+resistance+alleles.">Insecticide resistance in house flies from the United States: Resistance levels and frequency of pyrethroid resistance alleles.</a> Pesticide Biochemistry and Physiology. 107 (3), 377-384 (2013).</li><li>Li, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+whole+transcriptomal+linkage+analysis+of+gene+co-regulation+in+insecticide+resistant+house+flies,+Musca+domestica.">A whole transcriptomal linkage analysis of gene co-regulation in insecticide resistant house flies, Musca domestica.</a> BMC Genomics. 14, 803 (2013).</li><li>Liu, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Insecticide+resistance+in+mosquitoes:+impact,+mechanisms,+and+research+directions.">Insecticide resistance in mosquitoes: impact, mechanisms, and research directions.</a> Annual Review of Entomology. 60, 537-559 (2015).</li><li>Grigoraki, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcriptome+profiling+and+genetic+study+reveal+amplified+carboxylesterase+genes+implicated+in+temephos+resistance,+in+the+Asian+tiger+mosquito+Aedes+albopictus.">Transcriptome profiling and genetic study reveal amplified carboxylesterase genes implicated in temephos resistance, in the Asian tiger mosquito Aedes albopictus.</a> e0003771. 9, e0003771 (2015).</li><li>Grigoraki, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carboxylesterase+gene+amplifications+associated+with+insecticide+resistance+in+Aedes+albopictus:+Geographical+distribution+and+evolutionary+origin.">Carboxylesterase gene amplifications associated with insecticide resistance in Aedes albopictus: Geographical distribution and evolutionary origin.</a> PLOS Neglected Tropical Diseases. 11, e0005533 (2017).</li><li>Wheelock, C., Shan, G., Ottea, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Overview+of+carboxylesterases+and+their+role+in+the+metabolism+of+insecticides.">Overview of carboxylesterases and their role in the metabolism of insecticides.</a> Journal of Pesticide Science. 30, 75-83 (2005).</li><li>Feng, X., Li, M., Liu, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carboxylesterase+genes+in+pyrethroid+resistant+house+flies,+Musca+domestica.">Carboxylesterase genes in pyrethroid resistant house flies, Musca domestica.</a> Insect Biochemistry and Molecular Biology. 92, 30-39 (2018).</li><li>Mosmann, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+colorimetric+assay+for+cellular+growth+and+survival:+application+to+proliferation+and+cytotoxicity+assays.">Rapid colorimetric assay for cellular growth and survival: application to proliferation and cytotoxicity assays.</a> J Immunol Methods. 65 (1-2), 55-63 (1983).</li><li>Jarvis, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Baculovirus-insect+cell+expression+systems.">Baculovirus-insect cell expression systems.</a> Methods in Enzymology. 463, 191-222 (2009).</li><li>Berger, I., Fitzgerald, D. J., Richmond, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Baculovirus+expression+system+for+heterologous+multiprotein+complexes.">Baculovirus expression system for heterologous multiprotein complexes.</a> Nature Biotechnology. 22 (12), 1583 (2004).</li><li>Gong, Y., Li, T., Feng, Y., Liu, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+function+of+two+P450s,+CYP9M10+and+CYP6AA7,+in+the+permethrin+resistance+of+Culex+quinquefasciatus.">The function of two P450s, CYP9M10 and CYP6AA7, in the permethrin resistance of Culex quinquefasciatus.</a> Scientific Reports. 7 (1), 587 (2017).</li><li>Cao, C. W., Zhang, J., Gao, X. W., Liang, P., Guo, H. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Overexpression+of+carboxylesterase+gene+associated+with+organophosphorous+insecticide+resistance+in+cotton+aphids,+Aphis+gossypii+(Glover).">Overexpression of carboxylesterase gene associated with organophosphorous insecticide resistance in cotton aphids, Aphis gossypii (Glover).</a> Pesticide Biochemistry and Physiology. 90 (3), 175-180 (2008).</li><li>Zhang, L., Gao, X., Liang, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Beta-cypermethrin+resistance+associated+with+high+carboxylesterase+activities+in+a+strain+of+house+fly,+Musca+domestica+(Diptera:+Muscidae).">Beta-cypermethrin resistance associated with high carboxylesterase activities in a strain of house fly, Musca domestica (Diptera: Muscidae).</a> Pesticide Biochemistry and Physiology. 89, 65-72 (2007).</li><li>Van Meerloo, J., Kaspers, G. J., Cloos, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell+sensitivity+assays:+the+MTT+assay.">Cell sensitivity assays: the MTT assay.</a> Cancer cell culture. , 237-245 (2011).</li><li>Stockert, J. C., Bl&#225;zquez-Castro, A., Ca&#241;ete, M., Horobin, R. W., Villanueva, &. #. 1. 9. 3. ;. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MTT+assay+for+cell+viability:+Intracellular+localization+of+the+formazan+product+is+in+lipid+droplets.">MTT assay for cell viability: Intracellular localization of the formazan product is in lipid droplets.</a> Acta Histochemica. 114 (8), 785-796 (2012).</li><li>Strober, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Trypan+blue+exclusion+test+of+cell+viability.">Trypan blue exclusion test of cell viability.</a> Current Protocols in Immunology. , (2001).</li><li>Riss, T. L., Moravec, R. A., Niles, A. L., Duellman, S., Benink, H. A., Worzella, T. J., Minor, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell+viability+assays.">Cell viability assays.</a> Assay Guidance Manual. , (2013).</li><li>Wheelock, C. E., Shan, G., Ottea, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Overview+of+carboxylesterases+and+their+role+in+the+metabolism+of+insecticides.">Overview of carboxylesterases and their role in the metabolism of insecticides.</a> Journal of Pesticide Science. 30 (2), 75-83 (2005).</li><li>Li, X., Schuler, M. A., Berenbaum, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+mechanisms+of+metabolic+resistance+to+synthetic+and+natural+xenobiotics.">Molecular mechanisms of metabolic resistance to synthetic and natural xenobiotics.</a> Annual Review of Entomology. 52, 231-253 (2007).</li><li>Nakamura, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+in+vitro+metabolism+of+a+pyrethroid+insecticide,+permethrin,+and+its+hydrolysis+products+in+rats.">The in vitro metabolism of a pyrethroid insecticide, permethrin, and its hydrolysis products in rats.</a> Toxicology. 235 (3), 176-184 (2007).</li><li>Kruger, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Bradford+method+for+protein+quantitation.">The Bradford method for protein quantitation.</a> The protein protocols handbook. , 15-21 (2002).</li><li>Macauley-Patrick, S., Fazenda, M. L., McNeil, B., Harvey, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heterologous+protein+production+using+the+Pichia+pastoris+expression+system.">Heterologous protein production using the Pichia pastoris expression system.</a> Yeast. 22 (4), 249-270 (2005).</li><li>Berger, I., Fitzgerald, D. J., Richmond, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Baculovirus+expression+system+for+heterologous+multiprotein+complexes.">Baculovirus expression system for heterologous multiprotein complexes.</a> Nature Biotechnology. 22 (12), 1583 (2004).</li><li>Terpe, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Overview+of+bacterial+expression+systems+for+heterologous+protein+production:+from+molecular+and+biochemical+fundamentals+to+commercial+systems.">Overview of bacterial expression systems for heterologous protein production: from molecular and biochemical fundamentals to commercial systems.</a> Applied Microbiology and Biotechnology. 72 (2), 211 (2006).</li><li>Bulter, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+expression+of+a+fungal+laccase+in+Saccharomyces+cerevisiae+by+directed+evolution.">Functional expression of a fungal laccase in Saccharomyces cerevisiae by directed evolution.</a> Applied Microbiology and Biotechnology. 69 (2), 987-995 (2003).</li><li>Stepanenko, A. A., Dmitrenko, V. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pitfalls+of+the+MTT+assay:+Direct+and+off-target+effects+of+inhibitors+can+result+in+over/underestimation+of+cell+viability.">Pitfalls of the MTT assay: Direct and off-target effects of inhibitors can result in over/underestimation of cell viability.</a> Gene. 574 (2), 193-203 (2015).</li></ol>

In den letzten Jahrzehnten haben heterologen Expressionssysteme verbreitet zu äußern und große Mengen von Proteinen, so dass Biochemische und funktionelle Bestimmung und Charakterisierung der Enzyme in Vitrozu isolieren. Bisher wurden mehrere verschiedene Modellsysteme wie Escherichia coli, Pichia Pastoris, Sacccharomyces Cerevisiaeund Spodoptera Frugiperda angepasst für rekombinante Proteinexpression und die Wahl des der in-vitro- System ist entscheidend für gro...

Insektizid-Widerstand ist derzeit ein wichtiges Thema der Haus Fliegenbekämpfung weltweit1,2. Bemühungen um den Mechanismus der Insektizid Widerstand bestimmen erleichtert dieses Problem besseren zu verstehen und somit für neue Strategien, um effektiv zu verhindern oder zu minimieren die Ausbreitung der Widerstand Entwicklung3. Carboxylesterases, haben eine Menge Aufmerksamkeit für ihre Rollen in Sequestrierung und metabolisierenden Insektizide in verschiedenen Insekten4,5,6als eines der wichtigsten Entgiftung Enzyme angezogen. Unsere früheren Studie identifizierte mehrere Carboxylesterases in Stubenfliegen und ihren Ausdruck Ebenen wurden nicht nur in der resistenten Stamm ALHF konstitutiv geregelt sondern können auch induzierte zu höheren Ebenen in Reaktion auf Permethrin Behandlungen7 . Allerdings müssen die funktionale Charakterisierungen dieser Carboxylesterase Gene in metabolisierenden Insektizide noch erkundet werden.
Seit dem ersten Bericht in den frühen 1980er Jahren8wurde eine Baculovirus-vermittelten Fremdgen Expressionssystems weithin wegen seiner hohen Protein-Produktions-Leistungsfähigkeit und eukaryotic Protein Verarbeitung Funktionen9eingesetzt. Diese binären System besteht aus zwei wesentlichen Elementen: die konstruierte rekombinante Baculovirus Bereitstellung fremder Gene in den Wirtszellen und die groß angelegte Expression interessiert Proteine von Zellen durch rekombinante Baculovirus infiziert. In den letzten Jahrzehnten das Baculovirus vermittelte Zelle Ausdruck System ist weit verbreitet, Tausende von rekombinanten Proteinen, Membrane-springen Proteine im Insekt von zytosolischen Enzyme bis zu produzieren und Säugetier-Zellen10. Unsere früheren Studie äußerte erfolgreich mehrere CYP450 Enzymen in Sf9 Insektenzellen mit diesem System11. In dieser Studie wir konstruiert eine Carboxylesterase-rekombinante Baculovirus Sf9 Insektenzellen infizieren, erkundet die Zelle Toleranz gegenüber unterschiedlichen Permethrin Behandlungen und groß angelegte ausgedrückt Carboxylesterase Proteine in Vitro für funktionale Exploration. Anstatt mehrere Carboxylesterase isozymen Mischungen von Insekten Homogenates wie von früheren Studien12,13angenommen, dieses Insekt Zelle Baculovirus-vermittelten Ausdruck System ermöglicht die Konkretisierung und Isolierung von gezielten Proteine für bessere Charakterisierung ihrer biochemischen und strukturellen Eigenschaften.
Tetrazoliumsalz Salz basierende Assays (MTT) ist ein Hochdurchsatz-kolorimetrischen Verfahren entwickelt und optimiert, um die Zellviabilität messen. Dieser Test basiert auf den Mechanismus, die nur lebende Zellen in der Lage metabolisierenden gelb gefärbten MTT Reagenz zu einem dunklen lila farbigen Formazan Niederschlag, farbmetrisch analysiert werden kann sind, nachdem in organischen Lösungsmitteln14aufgelöst, 15. Einige genauere aber zeitaufwändige Methoden, z. B. Trypan blau Ausgrenzung und das Thymidin Titration Assay16,17, wurden in den letzten Jahren entwickelt. Die zellbasierte MTT-Assay wird jedoch derzeit noch als die schnellste und einfach zu bedienen-Methode anerkannt, Zellviabilität schnell erkennen. Hier verwenden wir die MTT-Assay, um Zell Toleranz gegen insektizidbehandlungen zu erkunden. Die verbesserte Toleranz der Zellen wenn mit rekombinanten Baculovirus Carboxylesterase stark infiziert unterstützt die metabolische Rollen des Carboxylesterases gegen Insektizide, die wiederum ihre Beteiligung in Insektizid Widerstand schlägt.
Darüber hinaus wurde ein in-vitro- metabolische Test auch in dieser Studie durchgeführt. Im Vergleich mit allgemeinen Carboxylesterase Tests, mit denen gemeinsame Substrate wie α-Napthyl-Acetat (α-NA) und β-Naphthyl Acetat (β-NA) hydrolytische Tätigkeit der Carboxylesterases widerspiegeln, ist die in-vitro- metabolische Studie eine genaue Weg angesehen Aktivitäten der Carboxylesterases in Richtung Insektizide18direkt zu messen. Diese Methode wurde bereits erfolgreich in verschiedene Insekten eingesetzt, mehrere Cytochrom P450s in Verbindung mit Insektizid Widerstand11,19,20zu charakterisieren. Allerdings hat diese Methode noch nicht in Carboxylesterase Studien angewendet. Mit der Verfügbarkeit von Carboxylesterase Proteine produziert durch Baculovirus-vermittelten Expressionssystems kann eine in-vitro- metabolische Untersuchung der Carboxylesterases in Richtung Permethrin, führen wir die weitere starke Beweise für die Beteiligung bieten können der Carboxylesterases in Übertragung Pyrethroid-Resistenz im Haus fliegt.

<table><tbody><tr><td>Q5 High-Fidelity DNA Polymerase</td><td>New England Biolabs inc.</td><td>M0491L</td><td></td></tr><tr><td>QIAquick Gel Extraction Kit</td><td>QIAGEN</td><td>28704</td><td></td></tr><tr><td>pENTR/D-TOPO Cloning Kit, with One Shot TOP10 Chemically Competent E. coli</td><td>Invitrogen by life technology</td><td>K240020</td><td>S.O.C medium and universal M13 sequence primers were included in this kit.</td></tr><tr><td>PureLink HiPure Plasmid Miniprep Kit</td><td>Invitrogen by life technology</td><td>K210002</td><td></td></tr><tr><td>Gateway LR Clonase II Enzyme mix for BaculoDirect&lt;sup&gt;TM&lt;/sup&gt; Kits</td><td>Invitrogen by life technology</td><td>11791-023</td><td></td></tr><tr><td>BaculoDirect C-Term Linear DNA Transfection Kit</td><td>Invitrogen by life technology</td><td>12562-019</td><td>Cellfectin transfection reagent and ganciclovir were included in this kit</td></tr><tr><td>pENTR-CAT plasmid</td><td>Invitrogen by life technology</td><td></td><td>Included in BaculoDirect C-Term Linear DNA Transfection Kit, concentration: 0.5 ug/uL</td></tr><tr><td>Heat inactivated Fetal Bovine Serum, Certified</td><td>Gibco by Life Technologies</td><td>10082-139</td><td></td></tr><tr><td>Sf9 cells in Sf-900 III SFM</td><td>Gibco by Life Technologies</td><td>12659017</td><td></td></tr><tr><td>Insect Cell-PE LB Insect Cell Protein Extraction &amp;amp; Lysis Buffer</td><td>G Biosciences by A Geno Technology Inc</td><td>786-411</td><td></td></tr><tr><td>Sf-900 III SFM (1&amp;times;) Serum Free Medium Complete</td><td>Gibco by Life Technologies</td><td>12658-019</td><td></td></tr><tr><td>Grace&#039;s Insect Medium, unsupplemented</td><td>Gibco by Life Technologies</td><td>11595030</td><td></td></tr><tr><td>Permethrin (isomers) analytical standard</td><td>SUPELCO by Solutions Within&lt;sup&gt;TM&lt;/sup&gt;</td><td>442748</td><td></td></tr><tr><td>Methanol (analytical graded)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>67-56-1</td><td></td></tr><tr><td>Acetonitrile (analytical graded)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>75-05-8</td><td></td></tr><tr><td>GHP Acrodisc 25 mm Syringe Filters with 0.45 &amp;mu;m GHP Membrane (HPLC Certified)</td><td>Pall Life Sciences</td><td>21890388</td><td></td></tr><tr><td>Alliance Waters 2695 HPLC System</td><td>Waters</td><td></td><td></td></tr><tr><td>T100 Thermal Cycle</td><td>Bio-Rad Laboratories Inc.</td><td>1861096</td><td></td></tr><tr><td>Nanodrop 2000/2000c Spectrophotometers</td><td>ThermoFisher Scientific</td><td>ND2000CLAPTOP</td><td></td></tr><tr><td>Cytation 5 Cell Imaging Multi-Mode Reader</td><td>BioTek</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

functional characterization of carboxylesterases in insecticide resistant house flies, musca domestica

Carboxylesterase vermittelte Stoffwechsel wird gedacht, um in Insektizid Widerstand bei verschiedenen Insekten eine wichtige Rolle spielen. Mehrere Carboxylesterase Gene wurden bis in die resistenten Haus fliegen Belastung geregelt gefunden, während ihre Rolle bei der Übertragung der Insektizid Widerstand blieb um erkundet zu werden. Hier haben wir ein Protokoll für die funktionelle Charakterisierung von Carboxylesterases entwickelt. Drei Beispiel-Experimenten werden dargestellt: (1) Ausdruck und Isolation von Carboxylesterase Proteinen durch ein Insekt Baculovirus-vermittelten Zellsystem Ausdruck Spodoptera Frugiperda (Sf9); (2) eine zellbasierte MTT (3-[4, 5-Dimethykthiazol-2-Yl] -2, 5-Diphenyltetrazolium-Bromid) Zytotoxizität Assay, Messen Sie die Toleranz von Insektenzellen gegenüber verschiedenen Permethrin Behandlungen; und (3) in-vitro- metabolische Studien, die metabolische Funktionen des Carboxylesterases in Richtung Permethrin zu erkunden. Die Carboxylesterase gen, die MdαE7 aus einem beständigen Haus geklont wurde Belastung ALHF fliegen und verwendet, um eine rekombinante Baculovirus für Sf9 Zellen Infektion zu konstruieren. Die Zelle künstliche gegen verschiedene Permethrin Behandlungen wurden mit dem MTT-Assay gemessen. Die verbesserte Zell Toleranz der Versuchsgruppe (MdαE7-rekombinante Baculovirus infizierte Zellen) im Vergleich zu den Kontrollgruppen (CAT-rekombinante Baculovirus infiziert und GFP-rekombinante Baculovirus infizierte Zellen), permethrin in metabolisierenden Insektizide, dadurch Schutz der Zellen vor chemischen Schäden vorgeschlagenen Behandlungen die Funktionen des MdαE7. Darüber hinaus wurden Carboxylesterase Proteine in Sf9 Insektenzellen ausgedrückt und isoliert, um eine in-vitro- metabolische Studie durchzuführen. Unsere Ergebnisse zeigten eine signifikante in Vitro stoffwechseleffizienz des MdαE7 in Richtung Permethrin, direkt auf die Einbeziehung der Carboxylesterases in metabolisierenden Insektizide und verleiht somit Insektizid Widerstand im Haus fliegt.

Die Zellviabilität gegenüber verschiedenen Permethrin Behandlungen (MTT-Assay)
Die Zytotoxizität von Permethrin wurde im MdαE7-rekombinante Baculovirus infiziert Sf9 (Versuchsgruppe) und CAT-rekombinante Baculovirus (bereitgestellt von Baculovirus infiziert Kit) infizierte Zellen (Kontrollgruppe) untersucht. Die verstärkte Zelle Toleranzen zu Permethrin in MdαE7 mit dem Ausdruck Zellen stark unterstützen die metabolische Rol...

Watch this Scientific Journal Video about Functional Characterization of Carboxylesterases in Insecticide Resistant House Flies, Musca Domestica at JoVE.com

Functional Characterization of Carboxylesterases in Insecticide Resistant House Flies, Musca Domestica

Hier präsentieren wir Ihnen ein Protokoll zur Produktion Haus fliegen Carboxylesterase Proteine in Vitro mit einem Baculovirus vermittelte Insekt Ausdruck Zellsystem und später funktionell charakterisieren ihre Rolle bei der Metabolisierung Permethrin, dadurch konferieren pyrethroid Widerstand von zellbasierten MTT-Assay und in-vitro- metabolische Studien.

Funktionelle Charakterisierung von Carboxylesterases in Insektizid gegen Stubenfliegen, Musca Domestica

Carboxylesterase-mediated metabolism is thought to play a major role in insecticide resistance in various insects. Several carboxylesterase genes were ...

functional-characterization-carboxylesterases-insecticide-resistant

Research

JoVE Journal

Biochemistry

Functional Characterization of Carboxylesterases in Insecticide Resistant House Flies, Musca Domestica

7.4K Aufrufe.  Auburn University. Hier präsentieren wir Ihnen ein Protokoll zur Produktion Haus fliegen Carboxylesterase Proteine in Vitro mit einem Baculovirus vermittelte Insekt Ausdruck Zellsystem und später funktionell charakterisieren ihre Rolle bei der Metabolisierung Permethrin, dadurch konferieren pyrethroid Widerstand von zellbasierten MTT-Assay und in-vitro- metabolische Studien.

Serie: Functional Characterization of Carboxylesterases in Insecticide Resistant House Flies, Musca Domestica

A Calcium Bioluminescence Assay for Functional Analysis of Mosquito (Aedes aegypti) and Tick (Rhipicephalus microplus) G Protein-coupled Receptors

Arthropod hormone receptors are potential targets for novel pesticides as they regulate many essential physiological and behavioral processes. The majority of them belong to the superfamily of G protein-coupled receptors (GPCRs). We have focused on characterizing arthropod kinin receptors from the tick and mosquito. Arthropod kinins are multifunctional neuropeptides with myotropic, diuretic, and neurotransmitter function. Here, a method for systematic analyses of structure-activity relationships of insect kinins on two heterologous kinin receptor-expressing systems is described. We provide important information relevant to the development of biostable kinin analogs with the potential to disrupt the diuretic, myotropic, and/or digestive processes in ticks and mosquitoes.
The kinin receptors from the southern cattle tick, Boophilus microplus (Canestrini), and the mosquito Aedes aegypti (Linnaeus), were stably expressed in the mammalian cell line CHO-K1. Functional analyses of these receptors were completed using a calcium bioluminescence plate assay that measures intracellular bioluminescence to determine cytoplasmic calcium levels upon peptide application to these recombinant cells. This method takes advantage of the aequorin protein, a photoprotein isolated from luminescent jellyfish. We transiently transfected the aequorin plasmid (mtAEQ/pcDNA1) in cell lines that stably expressed the kinin receptors. These cells were then treated with the cofactor coelenterazine, which complexes with intracellular aequorin. This bond breaks in the presence of calcium, emitting luminescence levels indicative of the calcium concentration. As the kinin receptor signals through the release of intracellular calcium, the intensity of the signal is related to the potency of the peptide.
This protocol is a synthesis of several previously described protocols with modifications; it presents step-by-step instructions for the stable expression of GPCRs in a mammalian cell line through functional plate assays (Staubly et al., 2002 and Stables et al., 1997). Using this methodology, we were able to establish stable cell lines expressing the mosquito and the tick kinin receptors, compare the potency of three mosquito kinins, identify critical amino acid positions for the ligand-receptor interaction, and perform semi-throughput screening of a peptide library. Because insect kinins are susceptible to fast enzymatic degradation by endogenous peptidases, they are severely limited in use as tools for pest control or endocrinological studies. Therefore, we also tested kinin analogs containing amino isobutyric acid (Aib) to enhance their potency and biostability. This peptidase-resistant analog represents an important lead in the development of biostable insect kinin analogs and may aid in the development of neuropeptide-based arthropod control strategies.

A Calcium Bioluminescence Assay for Functional Analysis of Mosquito Aedes aegypti and Tick Rhipicephalus microplus G Protein-coupled Receptors

This protocol provides instructions for clonal-cell line selection and a calcium bioluminescence assay to analyze the structure-activity relationships of synthesized arthropod neuropeptides on their cognate GPCRs. This assay can be used for receptor deorphanization and structure-activity relationship studies for synthetic analog design and peptide/drug-lead discovery.

Ein Calcium Biolumineszenzassay für die funktionelle Analyse von Mosquito ( Aedes aegypti) Und Tick ( Rhipicephalus microplus) G-Protein gekoppelten Rezeptoren

Arthropod hormone receptors are potential targets for novel pesticides as they regulate many essential physiological and behavioral processes.  The ...

Forschung

Immunologie und Infektion

A Method for Evaluating Insecticide Efficacy against Bed Bug, Cimex lectularius, Eggs and First Instars

Standard toxicity evaluations of insecticides against insect pests are primarily conducted on adult insects. Evaluations are based on a dose-response or concentration-response curve, where mortality increases as the dose or concentration of an insecticide is increased. Standard lethal concentration (LC50) and lethal dose (LD50) tests that result in 50% mortality of a test population can be challenging for evaluating toxicity of insecticides against non-adult insect life stages, such as eggs and early instar or nymphal stages. However, this information is essential for understanding insecticide efficacy in all bed bug life stages, which affects control and treatment efforts. This protocol uses a standard dipping bioassay modified for bed bug eggs and a contact insecticidal assay for treating nymphal first instars. These assays produce a concentration-response curve to further quantify LC50 values for insecticide evaluations.

A Method for Evaluating Insecticide Efficacy against Bed Bug,  Cimex lectularius, Eggs and First Instars

Insecticide evaluations are often targeted against adult insects, rather than immature stages. Here, we present a protocol for evaluating insecticides against bed bug eggs with a comparison to the first nymphal bed bug stage. These protocols could be adjusted for other insects to evaluate insecticide efficacy in non-adult life stages.

Ein Verfahren zur Bewertung Insecticide Wirksamkeit gegen Bettwanzen,<em&gt; Cimex lectularius</em&gt;, Eier und First Instars

Standard toxicity evaluations of insecticides against insect pests are primarily conducted on adult insects. Evaluations are based on a dose-response or ...

Umwelt

Crystal Structure of the N-terminal Domain of Ryanodine Receptor from Plutella xylostella

Development of potent and efficient insecticides targeting insect ryanodine receptors (RyRs) has been of great interest in the area of agricultural pest control. To date, several diamide insecticides targeting pest RyRs have been commercialized, which generate annual revenue of 2 billion U.S. dollars. But comprehension of the mode of action of RyR-targeting insecticides is limited by the lack of structural information regarding insect RyR. This in turn restricts understanding of the development of insecticide resistance in pests. The diamondback moth (DBM) is a devastating pest destroying cruciferous crops worldwide, which has also been reported to show resistance to diamide insecticides. Therefore, it is of great practical importance to develop novel insecticides targeting the DBM RyR, especially targeting a region different from the traditional diamide binding site. Here, we present a protocol to structurally characterize the N-terminal domain of RyR from DBM. The x-ray crystal structure was solved by molecular replacement at a resolution of 2.84 &#197;, which shows a beta-trefoil folding motif and a flanking alpha helix. This protocol can be adapted for the expression, purification and structural characterization of other domains or proteins in general.

Crystal Structure of the N-terminal Domain of Ryanodine Receptor from Plutella xylostella

In this article, we describe the protocols of protein expression, purification, crystallization and structure determination of the N-terminal domain of&#160;ryanodine receptor from diamondback moth (Plutella xylostella).

Kristallstruktur des N-terminale Domäne des Ryanodin-Rezeptoren von Plutella xylostella

Development of potent and efficient insecticides targeting insect ryanodine receptors (RyRs) has been of great interest in the area of agricultural pest ...

Biochemie

Embryo Microinjection and Knockout Mutant Identification of CRISPR/Cas9 Genome-Edited Helicoverpa Armigera (H&#252;bner)

The cotton bollworm, Helicoverpa armigera, is one of the most destructive pests in the world. A combination of molecular genetics, physiology, functional genomics, and behavioral studies has made H. armigera a model species in Lepidoptera Noctuidae. To study the in vivo functions of and interactions between different genes, clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)/ associated protein 9 (Cas9) genome editing technology is a convenient and effective method used for performing functional genomic studies. In this study, we provide a step-by-step systematic method to complete gene knockout in H. armigera using the CRISPR/Cas9 system. The design and synthesis of guide RNA (gRNA) are described in detail. Then, the subsequent steps consisting of gene-specific primer design for guide RNA (gRNA) creation, embryo collection, microinjection, insect rearing, and mutant detection are summarized. Finally, troubleshooting advice and notes are provided to improve the efficiency of gene editing. Our method will serve as a reference for the application of CRISPR/Cas9 genome editing in H. armigera as well as other Lepidopteran moths.

Embryo Microinjection and Knockout Mutant Identification of CRISPR/Cas9 Genome-Edited Helicoverpa Armigera H&#252;bner

Presented here is a protocol of Helicoverpa armigera (H&#252;bner) embryo microinjection and knockout mutant identification created by CRISPR/Cas9 genome editing. Mutant insects enable further research of gene function and interaction among different genes in vivo.

Embryo-Mikroinjektion und Knockout-Mutanten-Identifizierung von CRISPR/Cas9 Genome-Edited Helicoverpa Armigera (Hübner)

The cotton bollworm, Helicoverpa armigera, is one of the most destructive pests in the world. A combination of molecular genetics, physiology, functional ...

Verhalten

Bioassays for Monitoring Insecticide Resistance

Pest resistance to pesticides is an increasing problem because pesticides are an integral part of high-yielding production agriculture. When few products are labeled for an individual pest within a particular crop system, chemical control options are limited. Therefore, the same product(s) are used repeatedly and continual selection pressure is placed on the target pest. There are both financial and environmental costs associated with the development of resistant populations. The cost of pesticide resistance has been estimated at approximately $ 1.5 billion annually in the United States. This paper will describe protocols, currently used to monitor arthropod (specifically insects) populations for the development of resistance. The adult vial test is used to measure the toxicity to contact insecticides and a modification of this test is used for plant-systemic insecticides. In these bioassays, insects are exposed to technical grade insecticide and responses (mortality) recorded at a specific post-exposure interval. The mortality data are subjected to Log Dose probit analysis to generate estimates of a lethal concentration that provides mortality to 50% (LC50) of the target populations and a series of confidence limits (CL's) as estimates of data variability. When these data are collected for a range of insecticide-susceptible populations, the LC50 can be used as baseline data for future monitoring purposes. After populations have been exposed to products, the results can be compared to a previously determined LC50 using the same methodology.

This manuscript demonstrates and discusses techniques used to survey pesticide susceptibility and detect resistance to contact and systemic pesticides in arthropod pests.

Bioassays zur Überwachung Insecticide Resistance

Pest resistance to pesticides is an increasing problem because pesticides are an integral part of high-yielding production agriculture. When few products ...

Biologie

Protocols for Testing the Toxicity of Novel Insecticidal Chemistries to Mosquitoes

New classes of insecticides with novel modes of action are needed to control insecticide resistant populations of mosquitoes that transmit diseases such as Zika, dengue and malaria. Assays for rapid, high-throughput analyses of unformulated novel chemistries against mosquito larvae and adults are presented. We describe protocols for single point-dose and dose response assays to evaluate the toxicity of small molecule chemistries to the Aedes aegypti vector of Zika, dengue and yellow fever,&#160;the malaria vector, Anopheles gambiae and the northern house mosquito, Culex quinquefasciatus, on contact and via ingestion. As an example, we evaluated the toxicity of amitriptyline, a small molecule antagonist of G protein-coupled receptors, via larval, adult topical and adult blood-feeding assay. The protocols provide a starting point to investigate insecticide potential. Results are discussed in the context of additional experiments to explore product applications and mechanisms for delivery.

Protocols are described for assessing the toxicity of chemistries to immature and adult mosquitoes for development as new classes of larvicides, adulticides and endectocides. The protocols enable high-throughput testing of multiple chemistries at single-point dose and subsequent evaluation via dose response assay to determine toxicity on contact or via ingestion.

Protokolle für die Prüfung der Toxizität von neuartigen Insektizide Chemikalien, Mücken

New classes of insecticides with novel modes of action are needed to control insecticide resistant populations of mosquitoes that transmit diseases such ...

Topical Application Bioassay to Quantify Insecticide Toxicity for Mosquitoes and Fruit Flies

The continued use of insecticides for public health and agriculture has led to widespread insecticide resistance and hampering of control methods. Insecticide resistance surveillance of mosquito populations is typically done through Centers for Disease Control and Prevention (CDC) bottle bioassays or World Health Organization (WHO) tube tests. However, these methods can result in a high degree of variability in mortality data due to variable insecticide contact with&#160;the insect, the relatively small numbers of organisms tested, extensive variation in mass between populations, and constantly changing environmental conditions, leading to variable outcomes. This paper presents the topical application bioassay, adapted as a high-throughput phenotypic bioassay for both mosquitoes and fruit flies, to test large numbers of insects along&#160;a range of insecticide concentrations.
This assay 1) ensures consistent treatment and insecticide contact with every organism, 2) produces highly specific dose-response curves that account for differences in average mass between strains and sexes (which is particularly important for field-collected organisms), and 3) allows for the calculation of statistically rigorous median lethal doses (LD50), which are necessary for resistance ratio comparisons-an alternative surveillance approach from diagnostic dose mortality, which is also used for larvicide resistance surveillance. This assay will be a complementary tool for accurately phenotyping mosquito populations and, as illustrated using fruit flies, is easily adaptable for use with other insects. We argue that this assay will help fill the gap between genotypic and phenotypic insecticide resistance in multiple insect species.

We describe the methodology and importance of the topical application bioassay to measure insecticide susceptibility in mosquitoes and fruit flies. The presented assay is high-throughput, utilizes insect mass-thus allowing for calculating a mass-relativized lethal dose instead of concentration-and likely has lower variability than other similar methods.

Topische Anwendung Bioassay zur Quantifizierung der Insektizidtoxizität für Moskitos und Fruchtfliegen

The continued use of insecticides for public health and agriculture has led to widespread insecticide resistance and hampering of control methods. ...

Control of Aedes albopictus Mosquito Larvae with Carpesium abrotanoides L.

As a vital vector of dengue fever, yellow fever, and other mosquito-borne diseases, Aedes albopictus (Diptera: Culicidae) can be broadly distributed worldwide and cause a severe threat to public health. To date, considering the fast-emerging insecticide resistance in the mosquito, the development of new botanical insecticides to control and reduce Ae. albopictus is urgent and crucial. Therefore, to investigate the decoction effect of the plant C. abrotanoides L. on mosquito larvae killing, we detected the mortality of larvae after treatment with different concentrations (60 mg/mL, 120 mg/mL, and 180 mg/mL) of decoction within a series of time points (12 h, 24 h, 36 h, and 48 h). We found that 24 h with 180 mg/mL C. abrotanoides L. decoction treatment killed 92.35% of mosquitoes relative to the control treatment. Meanwhile, 36 h with 120 mg/mL could also kill more than 90% of mosquitoes. Furthermore, Carassius auratus populations were exposed to 120 mg/mL C. abrotanoides L. decoction for 36 h and were not dead. The mortality evaluation indicated that this concentration is not a harmful level of ecological environmental pollution. This study provides a possible plant candidate that could be used for designing plant-derived insecticides. Additionally, these methods can be altered and applied to other mosquito species.

Control of Aedes albopictus Mosquito Larvae with Carpesium abrotanoides L.

Using the Carpesium abrotanoides L. plant for mosquito larvae control can effectively reduce the Aedes albopictus mosquito population and provide a foundation for designing plant-derived insecticides.

As a vital vector of dengue fever, yellow fever, and other mosquito-borne diseases, Aedes albopictus (Diptera: Culicidae) can be broadly distributed ...

Protocols for CRISPR/Cas9 Mutagenesis of the Oriental Fruit Fly Bactrocera dorsalis

The Oriental fruit fly, Bactrocera dorsalis, is a highly invasive and adaptive pest species that causes damage to citrus and over 150 other fruit crops worldwide. Since adult fruit flies have great flight capacity and females lay their eggs under the skins of fruit, insecticides requiring direct contact with the pest usually perform poorly in the field. With the development of molecular biological tools and high-throughput sequencing technology, many scientists are attempting to develop environmentally friendly pest management strategies. These include RNAi or gene editing-based pesticides that downregulate or silence genes (molecular targets), such as olfactory genes involved in searching behavior, in various insect pests. To adapt these strategies for Oriental fruit fly control, effective methods for functional gene research are needed. Genes with critical functions in the survival and reproduction of B. dorsalis serve as good molecular targets for gene knockdown and/or silencing. The CRISPR/Cas9 system is a reliable technique used for gene editing, especially in insects. This paper presents a systematic method for CRISPR/Cas9 mutagenesis of B. dorsalis, including the design and synthesis of guide RNAs, collecting embryos, embryo injection, insect rearing, and mutant screening. These protocols will serve as a useful guide for generating mutant flies for researchers interested in functional gene studies in B. dorsalis.

Protocols for CRISPR/Cas9 Mutagenesis of the Oriental Fruit Fly Bactrocera dorsalis

This paper presents the step-by-step protocols for CRISPR/Cas9 mutagenesis of the Oriental fruit fly Bactrocera dorsalis. Detailed steps provided by this standardized protocol will serve as a useful guide for generating mutant flies for functional gene studies in B. dorsalis.

Protokolle für CRISPR/Cas9-Mutagenese der Orientalischen Fruchtfliege Bactrocera dorsalis

The Oriental fruit fly, Bactrocera dorsalis, is a highly invasive and adaptive pest species that causes damage to citrus and over 150 other fruit crops ...

Abschätzung phytochemischer Effekte auf Helicoverpa armigera durch Fütterungsassay

Developing a Feeding Assay System for Evaluating the Insecticidal Effect of Phytochemicals on Helicoverpa armigera

Helicoverpa armigera, a lepidopteran insect, is a polyphagous pest with a worldwide distribution. This herbivorous insect is a threat to plants and agricultural productivity. In response, plants produce several phytochemicals that negatively impact the insect's growth and survival. This protocol demonstrates an obligate feeding assay method to evaluate the effect of a phytochemical (quercetin) on insect growth, development, and survival. Under controlled conditions, the neonates were maintained until the second instar on a pre-defined artificial diet. These second-instar larvae were allowed to feed on a control and quercetin-containing artificial diet for 10 days. The insects' body weight, developmental stage, frass weight, and mortality were recorded on alternate days. The change in body weight, the difference in feeding pattern, and developmental phenotypes were evaluated throughout the assay time. The described obligatory feeding assay simulates a natural mode of ingestion and can be scaled up to a large number of insects. It permits one to analyze phytochemicals' effect on the growth dynamics, developmental transition, and overall fitness of H. armigera. Furthermore, this setup can also be utilized to evaluate alterations in nutritional parameters and digestive physiology processes. This article provides a detailed methodology for feeding assay systems, which may have applications in toxicological studies, insecticidal molecule screening, and understanding chemical effects in plant-insect interactions.

Autor im Rampenlicht: Entwicklung und Herausforderungen von Fütterungsassays für die Schädlingsbekämpfung von Insekten 

This protocol describes the obligate feeding assay to evaluate the potentially toxic effect of a phytochemical on the lepidopteran insect larvae. This is a highly scalable insect bioassay, easy to optimize the sublethal and lethal dose, deterrent activity, and physiological effect. This could be used for screening eco-friendly insecticides.

Entwicklung eines Fütterungs-Assay-Systems zur Bewertung der insektiziden Wirkung von sekundären Pflanzenstoffen auf Helicoverpa armigera

Helicoverpa armigera, a lepidopteran insect, is a polyphagous pest with a worldwide distribution. This herbivorous insect is a threat to plants and ...

Funktionelle Charakterisierung von Carboxylesterases in Insektizid gegen Stubenfliegen, Musca Domestica

Zusammenfassung

Weitere Videos entdecken

Kapitel in diesem Video

Ein Calcium Biolumineszenzassay für die funktionelle Analyse von Mosquito ( Aedes aegypti) Und Tick ( Rhipicephalus microplus) G-Protein gekoppelten Rezeptoren

Ein Verfahren zur Bewertung Insecticide Wirksamkeit gegen Bettwanzen,

Kristallstruktur des N-terminale Domäne des Ryanodin-Rezeptoren von Plutella xylostella

Embryo-Mikroinjektion und Knockout-Mutanten-Identifizierung von CRISPR/Cas9 Genome-Edited Helicoverpa Armigera (Hübner)

Bioassays zur Überwachung Insecticide Resistance

Protokolle für die Prüfung der Toxizität von neuartigen Insektizide Chemikalien, Mücken

Topische Anwendung Bioassay zur Quantifizierung der Insektizidtoxizität für Moskitos und Fruchtfliegen

Control of Aedes albopictus Mosquito Larvae with Carpesium abrotanoides L.

Protokolle für CRISPR/Cas9-Mutagenese der Orientalischen Fruchtfliege Bactrocera dorsalis

Entwicklung eines Fütterungs-Assay-Systems zur Bewertung der insektiziden Wirkung von sekundären Pflanzenstoffen auf Helicoverpa armigera