Представляем напряжения сдвига в изучении бактериальной адгезии
Summary
Во время инфекционного процесса, что является ключевым шагом является адгезии патогенов с клетками хозяина. В большинстве случаев этот шаг адгезии происходит при наличии механических напряжений порожденных течет жидкость. Мы описываем технику, которая вводит напряжения сдвига в качестве важного параметра для исследования бактериальной адгезии.
Abstract
During bacterial infections a sequence of interactions occur between the pathogen and its host. Bacterial adhesion to the host cell surface is often the initial and determining step of the pathogenesis. Although experimentally adhesion is mostly studied in static conditions adhesion actually takes place in the presence of flowing liquid. First encounters between bacteria and their host often occur at the mucosal level, mouth, lung, gut, eye, etc. where mucus flows along the surface of epithelial cells. Later in infection, pathogens occasionally access the blood circulation causing life-threatening illnesses such as septicemia, sepsis and meningitis. A defining feature of these infections is the ability of these pathogens to interact with endothelial cells in presence of circulating blood. The presence of flowing liquid, mucus or blood for instance, determines adhesion because it generates a mechanical force on the pathogen. To characterize the effect of flowing liquid one usually refers to the notion of shear stress, which is the tangential force exerted per unit area by a fluid moving near a stationary wall, expressed in dynes/cm2. Intensities of shear stress vary widely according to the different vessels type, size, organ, location etc. (0-100 dynes/cm2). Circulation in capillaries can reach very low shear stress values and even temporarily stop during periods ranging between a few seconds to several minutes 1. On the other end of the spectrum shear stress in arterioles can reach 100 dynes/cm2 2. The impact of shear stress on different biological processes has been clearly demonstrated as for instance during the interaction of leukocytes with the endothelium 3. To take into account this mechanical parameter in the process of bacterial adhesion we took advantage of an experimental procedure based on the use of a disposable flow chamber 4. Host cells are grown in the flow chamber and fluorescent bacteria are introduced in the flow controlled by a syringe pump. We initially focused our investigations on the bacterial pathogen Neisseria meningitidis, a Gram-negative bacterium responsible for septicemia and meningitis. The procedure described here allowed us to study the impact of shear stress on the ability of the bacteria to: adhere to cells 1, to proliferate on the cell surface 5and to detach to colonize new sites 6 (Figure 1). Complementary technical information can be found in reference 7. Shear stress values presented here were chosen based on our previous experience1 and to represent values found in the literature. The protocol should be applicable to a wide range of pathogens with specific adjustments depending on the objectives of the study.
Protocol
Discussion
Значение напряжения сдвига и, как правило механических аспектов в биологии получает все большее признание. Например высоко адаптирована адгезивные свойства селектина семейство белков в процессе адгезии лимфоцитов и катались по сосудистой стенки был признан введения напряжения сдвига в процессе. Описанная выше процедура была применена к грам-отрицательные бактерии Neisseria meningitidis, но должны быть применимы к широкому спектру патогенных микроорганизмов. Значение напряжения сдвига было показано и для других патогенных микроорганизмов и других сайтах инфекции. Бактериальная адгезия обусловлена напряжения сдвига было описано изучение FimH адгезина найти на уропатогенных кишечная палочка (УПЭК) 9. Как и в селектины, взаимодействие между FimH и его хозяина клеточного рецептора было показано, что подкрепляется сдвига вызванного механическими силами 9 и CfaE адгезина из энтеротоксигенной E.coli Сообщалось также посредничать адгезией к кишечных эпителиальных клеток с помощью сдвига зависит от механизм 10. Мы сообщали, с использованием ламинарного потока камера анализа протокол, описанный в этой главе, Streptococcus agalactiae пили имеют важное значение для соблюдения этого возбудителя к эпителиальным клеткам в проточных условиях 11. Такие исследования подтверждают, что наши проточную камеру анализ является полезным инструментом для исследования клетки-хозяина и возбудителем взаимодействия в условиях напряжение сдвига.
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы хотели бы поблагодарить Эмили Mairey и Эммануэль Донадье для первоначального создания процедуры.
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number |
| μ-Slide VI0.4 flow kit | IBIDI | 80606 |
| Syringe Plastipak 50 ml Luer-Lock | Becton Dickinson | 300865 |
| Tygon Tubing R3603 3.2 x 4.8mm | Fisher-Scientific | R3603 |
| 3-way stopcock, 2 female luer to male luer | Bio-Rad | 7328103 |
| Syringe pump | Harvard Apparatus | PHD 2000 |
| Inverted microscope, Nikon | Nikon | Eclipse Ti |
| CCD camera | Hamamatsu | ORCA 285 CCD or ORCA 3-CCD |
| ImageJ software | NIH | Freeware (http://rsbweb.nih.gov/ij/) |
Referenzen
- Mairey, E. Cerebral microcirculation shear stress levels determine Neisseria meningitidis attachment sites along the blood-brain barrier. J Exp Med. 203, 1939-1950 (2006).
- Pries, A. R., Secomb, T. W., Gaehtgens, P. Design Principles of Vascular Beds. Circ Res. 77, 1017-1023 (1995).
- Zarbock, A., Ley, K. Neutrophil adhesion and activation under flow. Microcirculation. 16, 31-42 (2009).
- Tissot, O., Pierres, A., Foa, C., Delaage, M., Bongrand, P. Motion of cells sedimenting on a solid surface in a laminar shear flow. Biophys J. 61, 204-215 (1992).
- Mikaty, G. Extracellular bacterial pathogen induces host cell surface reorganization to resist shear stress. PLoS Pathog. 5, e1000314-e1000314 (2009).
- Chamot-Rooke, J. Posttranslational modification of pili upon cell contact triggers N. meningitidis dissemination. Science. 331, 778-782 (2011).
- Soyer, M., Dumínil, G., Christodoulides, M. Bacterial adhesion under shear stress. Neisseria meningitidis: Methods and Protocols (Methods in Molecular Biology). , (2011).
- Abramoff, M. D., Magelhaes, P. J., Ram, S. J. Image Processing with ImageJ. Biophotonics International. 11, 36-42 (2004).
- Thomas, W. E., Trintchina, E., Forero, M., Vogel, V., Sokurenko, E. V. Bacterial adhesion to target cells enhanced by shear force. Cell. 109, 913-923 (2002).
- Tchesnokova, V. Shear-enhanced binding of intestinal colonization factor antigen I of enterotoxigenic Escherichia coli. Mol Microbiol. 76, 489-502 (2010).
- Konto-Ghiorghi, Y. Dual role for pilus in adherence to epithelial cells and biofilm formation in Streptococcus agalactiae. PLoS Pathog. 5, e1000422-e1000422 (2009).
