The dynamics of energy metabolism in the tick embryo / A dinâmica do metabolismo energético em embriões de carrapato

Abstract The cattle tick Rhipicephalus (Boophilus) microplus is an ectoparasite capable of transmitting a large number of pathogens, causing considerable losses in the cattle industry, with substantial damage to livestock. Over the years, important stages of its life cycle, such as the embryo, have been largely ignored by researchers. Tick embryogenesis has been typically described as an energy-consuming process, sustaining cell proliferation, differentiation, and growth. During the embryonic stage of arthropods, there is mobilization of metabolites of maternal origin for the development of organs and tissues of the embryo. Glycogen resynthesis in late embryogenesis is considered as an effective indicator of embryonic integrity. In the cattle tick R.(B. (B.) microplus, glycogen resynthesis is sustained by protein degradation through the gluconeogenesis pathway at the end of the embryonic period. Despite recent advancements in research on tick energy metabolism at the molecular level, the dynamics of nutrient utilization during R. (B.) microplus embryogenesis is still poorly understood. The present review aims to describe the regulatory mechanisms of carbohydrate metabolism during maternal-zygotic transition and identify possible new targets for the development of novel drugs and other control measures against R. (B.) microplus infestations.

Resumo O carrapato bovino Rhipicephalus (B.) microplus é um ectoparasita capaz de transmitir diversos patógenos, sendo responsável por grandes perdas na pecuária pelos danos causados ao gado. Atualmente, muitos estudos têm negligenciado fases importantes do ciclo de vida deste parasita, como a fase embrionária. A embriogênese é classicamente descrita como um processo que demanda um consumo de energia, possibilitando a proliferação celular, diferenciação e crescimento. Além disso, em artrópodes, o estágio da embriogênese é caracterizado pela mobilização de metabolitos de origem materna para o desenvolvimento de novos tecidos e órgãos. A ressíntese de glicogênio no final da embriogênese tem sido descrita em diversas espécies de artrópodes, sendo considerada um indicador de integridade do embrião. No caso do R. (B.) microplus a ressíntese de glicogênio é sustentada pela degradação de proteínas durante a gliconeogênese, no terço final da embriogênese. Apesar dos recentes avanços, no estudo molecular e do metabolismo energético, os mecanismos envolvidos na dinâmica da utilização de diferentes substratos energéticos durante a embriogênese do carrapato R. (B.) microplus ainda é pouco entendido. Diante deste panorama, estudos que descrevam a regulação destes mecanismos e da associação do metabolismo de carboidratos com a transição materno zigótica, pode auxiliar na busca de novos alvos para o desenvolvimento de novos acaricidas e outras intervenções para o controle infestações de R. (B.) microplus.

Primary embryonic cells of Rhipicephalus microplus and Amblyomma cajennense ticks as a substrate for the development of Borrelia burgdorferi (strain G39/40) / Células primárias embrionárias do carrapato Rhipicephalus microplus e Amblyomma cajennense como substrato para desenvolvimento de Borrelia burgdorferi (Cepa G39/40)

Borrelia burgdorferi, the agent of Lyme borreliosis, is a spirochetes transmitted by ticks to humans and animals. Its cultivation in vitro in tick cells allows studies of its biology and provides methodology for future research in Brazil, and for the isolation of Borrelia spp. We examined in vitro the characteristics of embryonic cells of Rhipicephalus microplus and Amblyomma cajennense in cell culture and investigated the suitability of embryonic cells as a substrate for cultivation of B. burgdorferi. Subcultures were prepared from primary cultures of embrionary cells of R. microplus and A. cajennense maintained in Leibovitz's (L-15) complete medium at 28 ºC and 31 ºC, respectively. When a monolayer had formed, the L-15 was replaced with Barbour-Stoener-Kelly medium for experiments to infect cell cultures with B. burgdorferi. After 72 hours of cultivation, the spirochetes were counted using an inverted phase contrast microscope and dark-field illumination (400×). Survival, multiplication and the adherence of B. burgdorferi for embryonic cells of R. microplus and A. cajennense were observed. B. burgdorferi cultured with embryonic cells of R. microplus grew on average to a density (final count) of 2.4 × 10(7) spirochetes/mL, whereas in cell-free culture, an average of 2.5 × 10(7) spirochetes/mL were counted. When cultivated with A. cajennense cells, the final count of spirochetes was on average 1.7 × 10(7) spirochetes/mL, while spirochetes cultured under cell-free conditions replicated on average of 2.2 × 10(7) spirochetes/mL. Similar results were observed in the final count of Spirochetes cultivated in cells of R. microplus and A. cajennense, when compared with cell-free control. These results demonstrated that cells of R. microplus and A. cajennense have the potential to be used as growth substrate for B. burgdorferi in the study of its interaction with host cells.

Borrelia burgodorferi, o agente da borreliose de Lyme, é uma espiroqueta transmitida por carrapatos aos seres humanos e animais. Seu cultivo in vitro em células de carrapato permite estudos de sua biologia e propicia metodologia para futuras pesquisas no Brasil, para o isolamento de Borrelia spp. Nós examinamos in vitro as características de células embrionárias de Rhipicephalus microplus e Amblyomma cajennense, e a viabilidade de utilização dessas células embrionárias como um substrato para cultivo de B.burgdorferi. Subculturas foram preparadas a partir de culturas primárias de células embrionárias de R. microplus e A. cajennense mantidas em meio Leibovitz's (L-15) completo, a 28 ºC e 31 ºC, respectivamente. Com a formação da monocamada, o L-15 foi substituído pelo meio Barbour-Stoener-Kelly, para o experimento de infecção com B. burgdorferi nas culturas de células. Após 72 horas de cultivo, realizou-se a contagem das espiroquetas, as quais foram avaliadas sob microscópio invertido de contraste de fase e campo escuro (400×). Verificou-se a sobrevivência, a multiplicação e a aderência de B. burgdorferi em células embrionárias de R. microplus e A. cajennense. No estudo da cultura de B. burgdorferi com células embrionárias de R. microplus, observou-se, na contagem final, média de 2,4 × 10(7) espiroquetas/mL; no cultivo livre de células, verificou-se média de 2,5 × 10(7) espiroquetas/mL. No cultivo de A. cajennense, a contagem final de espiroquetas foi, em média, 1,7 × 10(7) espiroquetas/mL, enquanto que, para as cultivadas livres de células, se verificou média de 2,2 × 10(7) espiroquetas/mL. Resultado semelhante foi observado na contagem final de espiroquetas cultivadas em células de R. microplus e A. cajennense, quando comparado com o controle livre de células. Estes resultados demonstraram que células de R. microplus e A. cajennense têm o potencial para serem utilizadas como substrato para o crescimento de B. burgdorferi no estudo da interação com as células do hospedeiro.