التالية في الوقت الحقيقي تأثير العوامل الالتهاب الرئوي الحاد الفوعة في نموذج الفأر الالتهاب الرئوي عن طريق البكتيريا للإضاءة الحيوية
Summary
العقدية الرئوية هي الرائدة الممرض تسبب الالتهاب الرئوي الحاد المكتسبة من المجتمع ومسؤولة عن أكثر من 2 مليون حالة وفاة في جميع أنحاء العالم. تأثير العوامل البكتيرية المتورطين في اللياقة البدنية أو الفوعة يمكن رصدها في الوقت الحقيقي في الماوس الالتهاب الرئوي الحاد أو تجرثم نموذج باستخدام البكتيريا للإضاءة الحيوية.
Abstract
الالتهاب الرئوي هو واحد من مشاكل الرعاية الصحية الرئيسية في البلدان النامية والبلدان الصناعية ويترافق مع معدلات الاعتلال والوفيات كبيرة. على الرغم من التقدم في المعرفة من هذا المرض، وتوافر وحدات العناية المركزة (ICU)، واستخدام العوامل المضادة للجراثيم قوية واللقاحات فعالة، لا تزال معدلات وفيات عالية 1. العقدية الرئوية هو الممرض الرئيسي للالتهاب الرئوي المكتسبة من المجتمع (CAP) واحد من الأسباب الأكثر شيوعا لتجرثم الدم لدى البشر. وقد تم تجهيز هذا الممرض مع عتاد من adhesins المعرضة للسطح وعوامل الفوعة تساهم في الالتهاب الرئوي والأمراض الرئوية الغازية (IPD). تقييم دور في الجسم الحي من اللياقة البدنية أو الفوعة العوامل البكتيرية أمر في غاية الأهمية لكشف S. الآليات الإمراضية الرئوية. وتستخدم نماذج الفئران من الالتهاب الرئوي، وتجرثم الدم، والتهاب السحايا لتحديد تأثير العوامل المتنوعة في المكورات الرئويةخمتلفة مراحل العدوى. نحن هنا وصف بروتوكول لرصد في الوقت الحقيقي نشر المكورات الرئوية في الفئران بعد الأنف أو التهابات داخل الصفاق مع البكتيريا للإضاءة الحيوية. أظهرت النتائج تكاثر ونشر المكورات الرئوية في الجهاز التنفسي السفلي والدم، الأمر الذي يمكن تصور وتقييمها باستخدام نظام التصوير وبرامج التحليل المرفقة.
Introduction
التهابات الجهاز التنفسي التي تسببها الفيروسات أو البكتيريا لا تزال واحدة من المشاكل المكتسبة من المجتمع أو السريرية الأكثر شيوعا في جميع أنحاء العالم مما تسبب في ما يقرب من ثلث جميع وفاة في العالم. الأنواع البكتيرية الرئيسية هي المستدمية النزلية والعقدية الرئوية 2. ومع ذلك، هذه الأنواع البكتيرية عادة ما تكون المكونات المشتركة من النباتات الطبيعية الجهاز التنفسي. وبالتالي نقل البكتيرية هي أيضا من بعض المخاطر لمرض الغازية واعتمادا على الحالة المناعية أو الاستعداد للأفراد. يتم تشغيل الاستعمار أعراض للعدوى الغازية. العقدية الرئوية هو الممرض الرئيسي للالتهاب الرئوي المكتسبة من المجتمع (CAP) واحدة من أكثر الأسباب شيوعا للتجرثم الدم لدى البشر. في الأفراد الأصحاء S. الرئوية (المكورات الرئوية) وغالبا ما تكون أعراض المستعمرين وغير ضارة من الجهاز التنفسي العلوي، حيث تصدى لهم مع بكتيريا غير إمراضيةمن الفلورا ولكن أيضا مع مسببات الأمراض مثل المستدمية النيابة. أو المكورات العنقودية الذهبية والسطر الأول من نظام الدفاع المناعي للإنسان. معدلات نقل أعلى في الأطفال الصغار (37٪) وأعلى حتى داخل مراكز الرعاية النهارية مزدحمة (58٪) 3-5. أصغر السكان وكبار السن، وحصل على المكورة الرئوية عن طريق نقل الهباء الجوي من الناقلين وإفرازات البلعوم 6، تنتمي إلى الفئات المعرضة لمخاطر عالية والتطعيم باستخدام أحد قاحات المكورات الرئوية (PCV10 أو قاح PCV13 في الأطفال و 23 التكافؤ السكاريد PPSV23 في البالغين) ويوصى في الولايات المتحدة (الولايات المتحدة) والعديد من البلدان الأوروبية 4. يغطي PPSV23 الأنماط المصلية المسؤولة عن ~ 90٪ من أمراض المكورات الرئوية bacteremic في الولايات المتحدة وأوروبا، والوقاية من الأمراض الرئوية الغازية بالتالي بكفاءة (IPD) في البالغين، في حين تغطي PCVs الأنماط المصلية الأكثر انتشارا في الأطفال. بالتالي، IPD بسبب أنواع اللقاح (VT) هي reduظهرت الأنماط المصلية دائرة الهندسة المدنية ولكن nonvaccine عرض إمكانات الفوعة العالية والمقاومة للمضادات الحيوية 4،7-12. البلعوم الأنفي كما الخزان هو نقطة الانطلاق لالمكورات الرئوية ينتشر في الجيوب الأنفية أو التهابات الأذن الوسطى الشروع المحلية الضارة. الأهم من ذلك، تنتشر مباشرة عبر مجرى الهواء إلى شعب هوائية والرئة مما يؤدي إلى مهددة للحياة CAP 4،13 المكورات الرئوية. وغالبا ما يصحب التهابات الرئة مع الأنسجة وتدمير الحاجز، وبالتالي تمكين الممرض أن تنتشر في الدم وتسبب IPD. حوادث CAP وIPD هي أعلى في الأشخاص المناعة أو في النقيضين من العمر 4،13. الظروف المسؤولة عن التحويل من المتعايشة على الممرض مع الفوعة العالية لا تزال قيد النقاش. ولكن، إلى جانب التغيرات في قابلية المضيف والتكيف التطوري ترافق مع ارتفاع الفوعة وزيادة في المقاومة للمضادات الحيوية وقد اقترحت أن يكون لها تأثير حاسم على PNEالتهابات umococcal 14-16.
وهبت الممرض مع تعدد adhesins التوسط اتصال حميم إلى الخلايا الظهارية المخاطية. بعد التغلب على مخاط مجرى الهواء، مما يسهل الالتزام المكورات الرئوية إلى الخلايا المضيفة عبر التفاعل المباشر من adhesins المعرضة للسطح مع المستقبلات الخلوية وذلك من خلال استغلال مكونات المصفوفة خارج الخلية أو البروتينات في الدم كما سد جزيئات 4،17،18. كما تم تجهيز مسببات الأمراض الرئوية تنوعا أيضا مع العوامل التي تدخل في التهرب من المضيف المناعي آليات الدفاع. وعلاوة على ذلك، لديهم القدرة على التكيف مع مختلف الأوساط المضيفة مثل الرئة، والدم، والسائل النخاعي (CSF)، على التوالي 5،17،19،20.
يتم التحقيق في تأثير العوامل البكتيرية والمرضية على المضيف التهابات الردود في النماذج الحيوانية التجريبية من الالتهاب الرئوي، وتجرثم الدم، أو التهاب السحايا 21-25. على الرغم من كونه الممرض الإنسان، وهذه النماذج نحنليرة لبنانية تأسيس فك tropism المكورات الرئوية الأنسجة، آليات الفوعة، أو protectivity المرشحين لقاح المكورات الرئوية. الخلفية الوراثية للسلالات الفطرية الماوس يحدد القابلية للالمكورات الرئوية. تم العثور على BALB / ج الفئران المصابة الأنف مع المكورات الرئوية لتكون مقاومة، في حين كانت CBA / الكالسيوم وSJL الفئران أكثر عرضة ضد الالتهابات الرئوية 22. هذا يعني أنه، على غرار البشر، والخلفية الوراثية وآليات الدفاع المضيف تحديد نتيجة العدوى. وبالتالي، من الضروري لكشف مواضع المقاومة في جينوم الفئران أقل عرضة للعدوى المكورات الرئوية بذل المزيد من الجهود. وقد أدت النتائج إلى تغييرات في الجسم الحي في بروتوكولات الفوعة. بدلا من الفئران الفطرية BALB / ج غالبا ما تستخدم في الماضي، وغالبا ما تستخدم في الوقت الحاضر CD-1/MF1 سلالات الفئران الأباعد عرضة لدراسة تأثير الخسارة من وظيفة الفوعة المكورات الرئوية أو الملاءمة عوامل 26-28. علاوة على ذلك، توفرمن المكورات الرئوية للإضاءة الحيوية وتقنيات التصوير الضوئي يسمح في الوقت الحقيقي تلألؤ بيولوجي bioimaging من الالتهابات. في المكورات الرئوية تم إدراج الأمثل luxABCDE كاسيت الجين (البلازميد بول-A تينيسي 4001 كم luxABCDE ص) في موقع التكامل واحد من كروموسوم من قبل ينقول الطفرات. وقد استخدمت المكورات الرئوية للإضاءة الحيوية لتقييم التوهين من المسوخ المكورات الرئوية نقص في الفوعة أو الملاءمة العوامل وإزفاء بهم من موقع واحد التشريحية ل26،28-31 آخر.
ونحن هنا نقدم بروتوكول للالتهابات الرئوية bioimaging في الفئران التهاب رئوي أو نموذج الإنتان. يمكن بسهولة رصد والتضخيم، ونشر المكورات الرئوية للإضاءة الحيوية في الفئران المصابة الأنف أو الغشاء البريتونى مع مرور الوقت باستخدام نظام التصوير الضوئي ونفس الحيوان عند نقاط زمنية مختلفة.
Protocol
Representative Results
Discussion
كل التجارب التي أجريت على الحيوانات أن تتم الموافقة عليها من قبل السلطات المحلية واللجان الأخلاق. في التجارب المجراة في العدوى البكتيرية الحمل في مختلف المنافذ مجموعة من الحيوانات المصابة لابد من تحديد نقاط مختلفة في الوقت بعد الإصابة. في ظل هذه الظروف التج?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد البحوث في المختبر عن طريق المنح من جمعية الألمانية للبحوث (DFG HA 3125/3-2، DFG HA 3125/4-2) والوزارة الاتحادية للتعليم والبحوث (BMBF) علم الجينوم العدوى الطبية (FKZ 0315828A) إلى SH.
Materials
| Todd Hewitt broth | Carl Roth, Karlsruhe, Germany | X936.1 | |
| Yeast extract | Carl Roth, Karlsruhe, Germany | 2363.2 | |
| Blood agar plates | Oxoid, Wesel, Germany | PB5039A | |
| Kanamycin | Carl Roth, Karlsruhe, Germany | T832.2 | |
| Erythromycin | Sigma-Aldrich,Taufkirchen, Germany | E6376 | |
| fetal bovine serum (FBS) | PAA Laboratories, Coelbe, Germany | A11-151 | |
| CD-1 mice, female | Charles River, Sulzfeld, Germany | CD1SIFE06W08W | female CD-1 mice, six to eight weeks old |
| Ketamin 500mg, Curamed injection solution | Schwabe-Curamed, Karlsruhe, Germany | ||
| Rompun 2%, injection solution | Bayer Animal Health, Monheim, Germany | ||
| BD Plastipak 1 ml syringes | Becton Dickinson, Heidelberg, Germany | 300015 | sterile Luer-Lok™ syringes with needle |
| Gel Loader Tips | peqlab | 81-13790 | MµltiFlex™ Tips |
| Hyaluronidase | Sigma-Aldrich | H3884-100mg | Hyaluronidase Type IV-S from Bovine test |
| Oxygen | Air Liquide, Düsseldorf, Germany | M1001L50R2A001 | |
| Isofluoran | Baxter, Unterschleißheim, Germany | ||
| pGEM-T Easy | Promega, Mannheim, Germany | ||
| Oligonucleotides | Eurofins MWG, Ebersberg, Germany | ||
| Qiaprep Spin Midiprep Kit | Qiagen, Hilden, Germany | 27104 | |
| PCR DNA purification kit | Qiagen, Hilden, Germany | 28106 | |
| Equipment | |||
| Living Image 4.1 software | Caliper Life Sciences/PerkinElmer, Rodgau, Germany | ||
| XGI-8 Gas Anesthesia System | Caliper Life Sciences/PerkinElmer, Rodgau, Germany | ||
| IVIS Spectrum Imaging System | Caliper Life Sciences/PerkinElmer, Rodgau, Germany | ||
| Biophotometer | Eppendorf AG, Hamburg, Germany |
References
- Niederman, M. S., et al. Guidelines for the management of adults with community-acquired pneumonia. Diagnosis, assessment of severity, antimicrobial therapy, and prevention. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 163, 1730-1754 (2001).
- WHO, The global burden of disease: 2004 update. World Health Organization. , (2008).
- Bogaert, D., et al. Colonisation by Streptococcus pneumoniae and Staphylococcus aureus in healthy children. Lancet. 363, 1871-1872 (2004).
- Gamez, G., Hammerschmidt, S. Combat pneumococcal infections: adhesins as candidates for protein-based vaccine development. Curr. Drug Targets. 13, 323-337 (2012).
- Mook-Kanamori, B. B., Geldhoff, M., vander Poll, T., Dvan de Beek, D. Pathogenesis and pathophysiology of pneumococcal meningitis. Clin. Microbiol. Rev. 24, 557-591 (2011).
- Musher, D. M. How contagious are common respiratory tract infections. N. Engl. J. Med. 348, 1256-1266 (2003).
- Brueggemann, A. B., Pai, R., Crook, D. W., Beall, B. Vaccine escape recombinants emerge after pneumococcal vaccination in the United States. PLoS Pathog. 3, (2007).
- Munoz-Almagro, C., et al. Emergence of invasive pneumococcal disease caused by nonvaccine serotypes in the era of 7-valent conjugate vaccine. Clin. Infect. Dis. 46, 174-182 (2008).
- Whitney, C. G. Impact of conjugate pneumococcal vaccines. Pediatr. Infect. Dis. J. 24, 729-730 (2005).
- Whitney, C. G., et al. Decline in invasive pneumococcal disease after the introduction of protein-polysaccharide conjugate vaccine. N. Engl. J. Med. 348, 1737-1746 (2003).
- Lynch, J. P., Zhanel, G. G. Streptococcus pneumoniae: epidemiology and risk factors, evolution of antimicrobial resistance, and impact of vaccines. Curr. Opin. Pulm. Med. 16, 217-225 (2010).
- Singleton, R. J., et al. Invasive pneumococcal disease caused by nonvaccine serotypes among Alaska native children with high levels of 7-valent pneumococcal conjugate vaccine coverage. JAMA. 297, 1784-1792 (2007).
- Dockrell, D. H., Whyte, M. K., Mitchell, T. J. Pneumococcal pneumonia: mechanisms of infection and resolution. Chest. 142, 482-491 (2012).
- Lieberman, T. D., et al. Parallel bacterial evolution within multiple patients identifies candidate pathogenicity genes. Nat. Genet. 43, 1275-1280 (2011).
- Yang, J., Tauschek, M., Robins-Browne, R. M. Control of bacterial virulence by AraC-like regulators that respond to chemical signals. Trends Microbiol. 19, 128-135 (2011).
- Young, B. C., et al. Evolutionary dynamics of Staphylococcus aureus during progression from carriage to disease. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 109, 4550-4555 (2012).
- Kadioglu, A., Weiser, J. N., Paton, J. C., Andrew, P. W. The role of Streptococcus pneumoniae virulence factors in host respiratory colonization and disease. Nat. Rev. Microbiol. 6, 288-301 (2008).
- Voss, S., Gamez, G., Hammerschmidt, S. Impact of pneumococcal microbial surface components recognizing adhesive matrix molecules on colonization. Mol. Oral Microbiol. 27, 246-256 (2012).
- Koppe, U., Suttorp, N., Opitz, B. Recognition of Streptococcus pneumoniae by the innate immune system. Cell. Microbiol. 14, 460-466 (2012).
- Paterson, G. K., Mitchell, T. J. Innate immunity and the pneumococcus. Microbiology. 152, 285-293 (2006).
- Gerber, J., et al. A mouse model of Streptococcus pneumoniae meningitis mimicking several features of human disease. Acta Neuropathol. 101, 499-508 (2001).
- Gingles, N. A., et al. Role of genetic resistance in invasive pneumococcal infection: identification and study of susceptibility and resistance in inbred mouse strains. Infect. Immun. 69, 426-434 (2001).
- Holmes, A. R., et al. The pavA gene of Streptococcus pneumoniae encodes a fibronectin-binding protein that is essential for virulence. Mol. Microbiol. 41, 1395-1408 (2001).
- Koedel, U., Klein, M., Pfister, H. W. New understandings on the pathophysiology of bacterial meningitis. Curr. Opin. Infect. Dis. 23, 217-223 (2010).
- Medina, E. Murine model of pneumococcal pneumonia. Methods Mol. Biol. 602, 405-410 (2010).
- Hartel, T., et al. Impact of glutamine transporters on pneumococcal fitness under infection-related conditions. Infect. Immun. 79, 44-58 (2011).
- Hermans, P. W., et al. The streptococcal lipoprotein rotamase A (SlrA) is a functional peptidyl-prolyl isomerase involved in pneumococcal colonization. J. Biol. Chem. 281, 968-976 (2006).
- Jensch, I., et al. PavB is a surface-exposed adhesin of Streptococcus pneumoniae contributing to nasopharyngeal colonization and airways infections. Mol. Microbiol. 77, 22-43 (2010).
- Kadioglu, A., et al. Pneumococcal protein PavA is important for nasopharyngeal carriage and development of sepsis. Mol. Oral Microbiol. 25, 50-60 (2010).
- Orihuela, C. J., Gao, G., Francis, K. P., Yu, J., Tuomanen, E. I. Tissue-specific contributions of pneumococcal virulence factors to pathogenesis. J. Infect. Dis. 190, 1661-1669 (2004).
- Francis, K. P., et al. Visualizing pneumococcal infections in the lungs of live mice using bioluminescent Streptococcus pneumoniae transformed with a novel gram-positive lux transposon. Infect. Immun. 69, 3350-3358 (2001).
- Basavanna, S., et al. The effects of methionine acquisition and synthesis on Streptococcus pneumoniae growth and virulence. PLoS One. 8, (2013).
- Hartel, T., et al. Characterization of central carbon metabolism of Streptococcus pneumoniae by isotopologue profiling. J. Biol. Chem. 287, 4260-4274 (2012).
- Hammerschmidt, S., et al. The host immune regulator factor H interacts via two contact sites with the PspC protein of Streptococcus pneumoniae and mediates adhesion to host epithelial cells. J. Immunol. 178, 5848-5858 (2007).
- Voss, S., et al. The choline-binding protein PspC of Streptococcus pneumoniae interacts with the C-terminal heparin-binding domain of vitronectin. J. Biol. Chem. , (2013).
- Cartwright, K. Pneumococcal disease in western Europe: burden of disease, antibiotic resistance and management. Eur. J. Pediatr. 161, 188-195 (2002).
- vander Linden, M., Al-Lahham, A., Nicklas, W., Reinert, R. R. Molecular characterization of pneumococcal isolates from pets and laboratory animals. PLoS One. 4, (2009).
- Brehm, , et al. Sequence of the adenine methylase gene of the Streptococcus faecalis plasmid pAM beta 1. Nucleic Acids Res. 15, 3177 (1987).
