Summary

Évaluation de la viabilité d’un Consortium bactérien synthétique sur l’Interface hôte-microbe In Vitro Gut

Published: July 04, 2018
doi:

Summary

Interactions hôtes-microorganismes gut ont été évaluées à l’aide d’une nouvelle approche combinant une communauté orale synthétique, in vitro digestion gastro-intestinale et un modèle de l’épithélium de l’intestin grêle. Nous présentons une méthode qui peut être adaptée pour évaluer l’invasion des cellules des agents pathogènes et des biofilms multi-espèces, ou même de tester la capacité de survie des probiotiques formulations.

Abstract

L’interaction entre l’hôte et de la flore microbienne a été reconnue depuis longtemps et largement décrite. La bouche est semblable à d’autres sections du tractus gastro-intestinal, comme résident microbiote se produit et empêche la colonisation par des bactéries exogènes. En effet, plus de 600 espèces de bactéries sont trouvent dans la cavité buccale, et une seule personne peut transporter environ 100 différents à tout moment. Bactéries orales possèdent la capacité de respecter les divers créneaux dans l’écosystème par voie orale, donc s’intégrer dans les communautés microbiennes et qui favorise la croissance et la survie. Cependant, le débit des bactéries dans l’intestin lors de la déglutition a proposé à perturber l’équilibre de la microflore intestinale. En fait, l’administration orale de P. gingivalis décalé la composition bactérienne de la microflore iléale. Nous avons utilisé une communauté synthétique comme une représentation simplifiée de l’écosystème naturel par voie orale, pour élucider la survie et la viabilité des bactéries orales soumises à des conditions de transit gastrointestinal simulée. Quatorze espèces ont été sélectionnés, soumis à in vitro salivaires, gastriques et les processus de la digestion intestinale et présentés à un modèle de cellule compartiments contenant des cellules Caco-2 et HT29-MTX pour simuler l’épithélium muqueux du tube digestif. Ce modèle a servi à éclaircir l’impact des bactéries avalés sur cellules impliquées dans la circulation entéro-hépatique. À l’aide des communautés synthétiques permet de contrôlabilité et reproductibilité. Ainsi, cette méthode peut être adaptée pour évaluer la viabilité de l’agent pathogène et les changements ultérieurs associée à l’inflammation, la capacité de colonisation des mélanges de probiotiques, et en fin de compte, bactérien potentiel impact sur la circulation presystemic.

Introduction

Les êtres humains cohabitent avec des bactéries qui sont présentes sur le même nombre que les cellules humaines1. Donc, il importe de crucial afin d’obtenir une compréhension globale du microbiome humain. La cavité buccale est un environnement unique, car il est divisé en plusieurs petits habitats, donc contenant une grande variété de bactéries et de biofilms dans ces différents endroits. Étant un écosystème ouvert, certaines espèces dans la bouche peut être transitoires visiteurs. Toutefois, certains micro-organismes colonisent peu après que la naissance et la forme organisée de biofilms2. Ceux-ci sont présents dans la surface des dents au-dessus de la crevasse gingivale, la crevasse sous-gingival, muqueuses et prothèses dentaires et de garnitures3. Les bactéries peuvent également être présents comme les flocons et les cellules planctoniques dans la lumière du canal dentaire, soit mélangés entre eux avec tissu de pulpe nécrotique ou en suspension dans une phase fluide.

Il est active et continue la diaphonie entre les cellules de l’hôte et la microflore résidente4. Les bactéries communiquent au sein et entre les espèces, et seule une faible proportion des colonisateurs naturels peut adhérer aux tissus, tandis que les autres bactéries attachent à ces colonisateurs primaires. Par exemple, liaison de cellules entre micro-organismes est la clé pour intégrer les colonisateurs secondaires biofilms par voie orale et construction de réseaux complexes d’interaction des cellules microbiennes4. Environ 70 % des agrégats bactériens dans un échantillon de salive sont formés par Porphyromonas SP., Streptococcus SP., Prevotella SP., Veillonella SP. et non identifiés Bacteroidetes. F. nucleatum est un colonisateur intermédiaire dans le biofilm sous-gingival et agrégats avec les colonisateurs fin P. gingivalis, T. denticola et Tannerella forsythia, qui sont impliqués dans la parodontite5. En outre, Streptococcus mitis occupe les habitats les muqueuses et dentaires, tandis que S. sanguinis et S. gordonii préfèrent à coloniser les dents3. Ainsi, S. sanguinis est présente dans moins incisives et canines, Actinomyces naeslundii a retrouvé en dents antérieures supérieures6.

En outre, le microbiome autochtone joue un rôle dans le maintien de la santé humaine2. Microbiote résident participe à l’éducation immunitaire et pour prévenir l’expansion de l’agent pathogène. Cette résistance de colonisation se produit parce que les bactéries indigènes peuvent être mieux adaptés à attacher aux surfaces et plus efficace à la métabolisation des nutriments disponibles pour la croissance. Bien que les souches probiotiques survivent le passage gastro-intestinal et restent actives, la persistance de bactéries autochtones avalé d’une situation supérieure du tube digestif n’a pas été entièrement décrit. Ainsi, nous avons soumis une communauté artificielle, représentant de l’écosystème par voie orale, aux conditions du transit gastro-intestinal simulée. La viabilité des cellules bactériennes a été évaluée en utilisant un modèle de compartiments ressemblant à l’épithélium du tube digestif. Simulateurs de gut actuel offrent reproductibilité adaptée en termes d’analyse de la communauté microbienne luminale7. Cependant, adhérence bactérienne et l’interaction hôte-microbe séparément s’adressent, comme la combinaison de lignées cellulaires avec des communautés microbiennes est difficile8. En revanche, nous présentons un cadre qui fournit une explication mécaniste potentielle de colonisation réussie rapportées sur l’interface de l’intestin. En effet, ce modèle peut être utilisé conjointement avec un modèle statique gut pour évaluer l’impact des communautés microbiennes sur signalisation surface hôte.

Protocol

1. les souches et les Conditions de la Culture Remarque : La communauté orale synthétique a été composée par souches communément présents dans le microbiome oral3. Obtenir les souches suivantes de l’American Type Culture Collection (ATCC) : Aggregatibacter actinomycetemcomitans (ATCC 43718), Fusobacterium nucleatum (ATCC 10953), Porphyromonas gingivalis (ATCC 33277), Prevotella intermedia</em…

Representative Results

Ce protocole entraîne la génération d’un modèle approprié pour élucider la survie et la viabilité des bactéries orales soumises à des conditions de transit gastrointestinal simulée. Les comtes de cellules intactes de souches individuelles est d’environ 108 piles avant-1 mL de la création de la communauté synthétique, tandis que le microcosme multi-espèces figurant au-dessus de 90 % des cellules viables durant l’établissement de la Communauté ( <…

Discussion

Le microbiome oral est un élément clé dans la santé humaine, comme l’a récemment rapportée par plusieurs auteurs20,21. Résultats antérieurs indiquent que l’ingestion de la salive contenant de grosses charges de bactéries peut influencer l’écosystème microbien de l’intestin grêle, qui est l’un des principaux sites pour amorcer la pompe système immunitaire. La combinaison d’un modèle de la digestion gastro-intestinale supérieure statique …

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Les auteurs remercient le soutien financier de la Fondation de recherche de Flandre à Marta Calatayud Arroyo (FWO postdoctoral fellowship-12N2815N). Emma Hernandez-Sanabria est doctorant pris en charge par la Flandre Innovation et entrepreneuriat (Agentschap voor Innovatie door Wetenschap en Technologie, transport fluvial).

Materials

STRAINS
Aggregatibacter actinomycetemcomitans American Type Culture Collection ATCC 43718
Fusobacterium nucleatum American Type Culture Collection ATCC 10953
Porphyromonas gingivalis American Type Culture Collection ATCC 33277
Prevotella intermedia American Type Culture Collection ATCC 25611
Streptococcus mutans American Type Culture Collection ATCC 25175
Streptococcus sobrinus American Type Culture Collection ATCC 33478
Actinomyces viscosus American Type Culture Collection ATCC 15987
Streptococcus salivarius  TOVE-R
Streptococcus mitis American Type Culture Collection ATCC 49456
Streptococcus sanguinis BCCM/LMG Bacteria Collection LMG 14657
Veillonella parvula Leibniz Institute DSMZ-German Collection of Microorganisms and Cell Cultures DSM 2007
Streptococcus gordonii American Type Culture Collection ATCC 49818
CELL LINES
Caco-2 cells European Collection of Authenticated Cell Cultures 86010202
HT29-MTX cells European Collection of Authenticated Cell Cultures 12040401
REAGENTS AND CONSUMABLES
Brain Heart Infusion (BHI) broth Oxoid CM1135
Blood Agar 2 Oxoid CM0055 Blood Agar medium
Menadione Sigma M9429
Hemin Sigma H9039
5% sterile defibrinated horse blood E&O Laboratories Ltd, P030
InnuPREP PCRpure Kit Analytik Jena 845-KS-5010250 PCR purification kit
Big Dye Applied Biosystems 4337454 Dye for sequencing
ABI Prism BigDye Terminator v3.1 cycle sequencing kit Applied Biosystems 4337456
SYBR Green I Invitrogen S7585
Propidium Iodide Invitrogen P1304MP
T25 culture flasks uncoated, cell-culture treated, vented, sterile VWR 734-2311
Trypsin-EDTA solution Sigma-Aldrich T3924-100ML
Trypan Blue solution
0.4%, liquid, sterile-filtered
Sigma-Aldrich T8154 
PBS Gibco 14190250
DMEM cell culture media, with GlutaMAX and Pyruvate Life technologies 31966-047
Corning Transwell polyester membrane cell culture inserts Sigma-Aldrich CLS3450-24EA
Mucin from porcine stomach Type II   Sigma-Aldrich M2378
Inactivated fetal bovine serum Greiner Bio One 758093
Antibiotic-Antimycotic (100X) Gibco 15240062
Triton X 100 for molecular biology Sigma-Aldrich T8787 
DPBS without calcium, magnesium Gibco 14190-250
Pierce LDH Cytotoxicity Assay Kit Thermo Fisher Scientific 88953
Corning HTS Transwell-24 well, pore size 0.4 µm Corning Costar Corp 3450
Nuclease-free water Serva Electrophoresis 28539010
EQUIPMENT
Neubauer counting chamber improved Carl Roth T729.1
BD Accuri C6 Flow cytometer BD Biosciences 653118
PowerLyzer 24 Homogenizer MoBio 13155
T100 Thermal Cycler BioRad 186-1096
Flush system Custom made
InnOva 4080 Incubator Shaker New Brunswick Scientific 8261-30-1007 Shaker for 2.10
Memmert CO2 incubator Memmert GmbH & Co. ICO150med
Millicell ERS (Electrical Resistance System) EMD Millipore, Merck KGaA MERS00002
Millipore Milli-Q academic, ultra pure water system Millipore, Merck KGaA
Shaker (ROCKER 3D basic) IKA 4000000 Shaker for 6.10

Referencias

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Citar este artículo
Calatayud Arroyo, M., Van de Wiele, T., Hernandez-Sanabria, E. Assessing the Viability of a Synthetic Bacterial Consortium on the In Vitro Gut Host-microbe Interface. J. Vis. Exp. (137), e57699, doi:10.3791/57699 (2018).

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