在这里, 我们提出了一个方案来测量血清中抗体的志贺酸酯活性。血清与细菌和外源补体混合, 孵育, 反应混合物被镀在琼脂板上。活细菌形成菌落, 这些菌落被计数, 使用自动菌落计数器, 并用于确定杀菌滴度。
血清杀菌剂 (sba) 测量抗体的功能活性, 并已使用了几十年。sba 通过评估血清中抗体与细菌结合和激活补体的能力, 直接测量抗体的杀灭活性。这种补充激活导致目标细菌的裂解和杀死。这些检测很有价值, 因为它们不仅仅是量化抗体的产生, 而是阐明这些抗体所具有的生物功能, 使研究人员能够研究抗体在预防感染方面可能发挥的作用。sba 已被用来研究许多人类病原体的免疫反应, 但目前还没有广泛接受的方法来研究志贺氏菌。从历史上看, sba 一直是非常劳动密集型的, 需要许多耗时的步骤来准确地量化幸存的细菌。该协议描述了一种简单、可靠和高通量的检测方法, 该方法可测量血清中特定于志贺菌的功能抗体。与传统 sba 相比, 这里描述的方法具有许多优点, 包括使用冷冻细菌库存、96孔检测板、微培养系统和自动菌落计数。所有这些修改使这种检测减少了劳动密集型, 提高了吞吐量。与传统 sba 相比, 此协议的执行更简单、更快速, 同时仍使用简单的技术和现成的试剂。该方案已成功应用于多个独立实验室, 检测方法可靠、重现性好。该检测方法可用于评估临床前和临床研究中的免疫反应。在抗原暴露之前和之后 (通过免疫或感染) 对杀虫抗体滴度进行量化, 可以更广泛地了解功能抗体反应是如何产生的, 以及它们对保护性免疫的贡献。这种标准化、有良好特征的检测方法的发展, 可以极大地促进志贺菌疫苗的设计。
志贺氏菌血清型、志贺氏菌血清型 2 a、 s. flexneri 3a 和s. sonnei在全球范围内显示了流行病学流行率。这些志贺菌引起的腹泻病影响军事, 旅客1, 是发展中国家5岁以下儿童腹泻死亡的主要原因 2.目前还没有有许可证的疫苗来预防志贺菌, 然而, 在开发的不同阶段, 有多种候选疫苗。其中许多疫苗和其他预防措施目前正在开发中, 重点是针对志贺多糖 (lps) 产生的抗体。lps 是一种有吸引力的候选疫苗, 因为它是一种主要的表面抗原和天然感染志贺菌诱导 lps 特异性抗体, 可以以血清素特异性的方式防止再次感染。因此, 成功的志贺氏菌疫苗可能需要多价和目标3-4 志贺氏菌血清型, 以诱导免疫对70-80% 的全球循环菌株3,4,5,6. 这就要求对志贺氏菌疫苗候选设备进行评估, 以特定于多种不同的血清型。
目前用于评估候选疫苗的免疫检测侧重于定量抗体滴度的水平, 但很少有有良好特征的检测方法来评估功能抗体。抗体功能能力的检查是很重要的, 因为病原体特异性抗体负责通过多种功能机制来对抗感染, 包括结合细菌表面抗原, 并防止粘附在和上皮细胞感染, 靶向细菌细胞或光圣化和吞噬, 并通过结合和启动补体级联直接杀死病原体。当抗体与目标细菌的表面成分结合并启动补体级联, 导致许多酶原激活, 最终导致细菌细胞中的毛孔形成时, 就会直接杀死细菌。导致裂解和细菌死亡。这种通过循环抗体和补体直接杀死细菌的行为可能是感染过程中的一个关键的早期防线。
自然感染的个体在其血清中具有具有志贺氏体活性的抗体。这些shigella 特异性抗体是用传统的互补介导的杀灭试验 7,8检测出来的。这表明, 杀菌抗体在预防志贺氏菌方面可能有一定的作用。传统的杀菌检测是简单的执行: 血清热灭活 (破坏内源性补充活性), 并与感兴趣的细菌混合。在特定浓度下, 在这种混合物中添加外源补体。反应混合物孵育以允许细菌死亡, 然后电镀以确认菌落形成单位 (cfu)。一旦计算 cfu, 就可以计算出50% 的杀伤指数 (ki), 并确定 sba 滴度。虽然这个过程相对简单, 但这些检测可能需要大量的劳动和时间来执行, 结果可能会有很大的差异。除了这些限制外, 目前还没有对志贺氏菌进行有良好特征的功能检测。因此, 我们已经成功地开发和鉴定了一种简单、高通量的检测方法, 以测量三个最临床相关的菌株9的志贺氏菌杀菌活性。该协议描述了一种 sba, 并对其进行了修改, 以提高检测效率和重现性。这些修改中的第一个是使用冷冻细菌库存。单一使用库存的生产消除了为每个检测培养新鲜细菌的需要, 同时也减少了检测-分析的可变性。该协议的另一个节省时间和省力的优势是使用96孔板检测格式。这样就可以对样品进行连续稀释, 从而可以测试一系列浓度。 它还允许使用多通道移液器在方形 petri 培养皿上电镀样品。当这些方形的 petri 培养皿与产生微菌落的培养系统结合使用时, 检测所需的琼脂板的数量就会减少。这与免费提供的菌落计数软件相结合, 最初是为肺炎球菌多路复用光声细胞杀伤试验 (示波)10开发的, 允许快速、自动和可靠的群体计数。所有这些改进显著缩短了手工检测时间, 并创建了一个高通量系统, 允许同时运行多个板材。
虽然该协议已针对志贺菌的三种最临床相关的血清型进行了优化, 但此处描述的 sba 可以很容易地应用于许多其他细菌病原体。除了该协议与其他细菌的潜在用途外, 该协议还有可能扩大到仅使用血清作为起始材料, 其中可能包括分析其他相关样本类型的抗体, 如黏膜样本,包括唾液和粪便样本使用这种检测方法来调查接种疫苗后的免疫反应, 可以使人们更广泛地了解疫苗接种所产生的免疫反应, 从而合理设计疫苗, 并有助于了解自然免疫是如何发展的。
这里描述的协议演示了一种功能免疫检测, 以评估血清中抗体的抗毛活性。在该方案的检测中, 使用了针对s. flexneri 3a 的单克隆抗体, 同时使用了9种与对照人类血清一起进行了先前的志贺氏菌疫苗研究 11。本试验中测试的血清来源可能因临床前动物样本和人体临床样本的不同而有很大差异, 血清样本的抗毛活性将受到个人所经历的免疫接种和接触的影响。在密切相关的血清型之间可能会出现一些交叉反应, 特别是s. flexneri 2a 和s. flexneri 3a, 但与s. sonnei9相比, 这些菌株几乎没有交叉反应。sba 的基础是通过抗体抗原结合激活补体级联。因此, 处理 brc 试剂是执行此协议所涉及的许多关键步骤之一。brc 被选中用于该试验, 因为它在其他杀菌试验 12、13、14中的性能稳定, nsk 水平较低。 brc 的活性对温度敏感, 必须采取适当措施, 确保最大限度地减少冻融循环, 将 brc 加入单用卷, 并在检测使用前迅速解冻 brc aliquot。补体活性的一致性将影响本方法的重现性。影响检测重现性的另一个关键步骤是细菌库存的生产和稀释。重要的是, 在开始检测之前, 应确定细菌库存的适当稀释, 因为检测的成功取决于控制 a 和 b 的一致生产, 其 cfu 计数平均约 120, 每个点。为了得到软件可以计数的点, 成功地执行用于平板细菌的技术也是当务之急。细菌溶液的沉积和板材的倾斜, 使斑点运行约2-3 厘米是至关重要的生产殖民地的适当大小和正确的分布, 以准确计数的 nice 软件。掌握所有这些步骤将确保该协议产生准确、一致的结果
即使所有关键步骤都执行得很好, 也可能仍存在需要修改此协议或对其进行故障排除的情况。修改该协议以评估其他细菌可能需要优化隔夜 lba 板培养温度, 以确保微菌落的形成。除血清外, 其他菌株或抗体来源可能需要优化补体浓度。还应该监测 nsk 值和控制血清的 ki, 以确保检测工作正常。nsk 的涨幅不应超过70%。控制血清的 ki 变化不应超过平均值±2sd。为了在使用此协议时获得成功和一致的结果, 必须执行此处所述的所有步骤, 并特别注意上述关键步骤。
虽然该协议满足了志贺氏菌研究界的一个重要需求, 但它并非没有局限性。该议定书依赖于生物材料, 因此, 总是会有一些难以控制的变异性。来自不同批次和来源的补体活动的变化可能会导致检测的变异性。为了缓解这种情况, 重要的是要适当处理补语, 并在购买前测试新的大量活动补语。创建具有已知活动的补体池也可能是有帮助的, 以实现均一供应。该协议在设计上很简单, 不需要任何专用设备, 自动菌落枚举软件是免费提供的。虽然这种简单性是一个优势, 允许这种协议几乎在任何实验室中使用, 但它仍然需要一夜孵化。最近的检测已经被描述, 有更短的孵化要求, 但确实需要专门的, 准备试剂15。这种检测的另一个局限性是, 以目前的形式, 它只能同时调查一个细菌物种。在志贺菌领域, 人们希望创造一种多价疫苗, 拥有能够以多重方式评估病原体的免疫检测是非常有价值的。这种检测可以在未来进行修改, 以满足这一需求, 但在其目前的形式, 它是一个单 plex 的检测。
虽然这种检测有一定的局限性, 但与现有或替代方法相比, 它仍有许多优势。这些优点包括许多改进, 这些改进结合在一起, 使这种方法的执行比传统 sba 少很多劳动密集型和更高的吞吐量。使用冷冻细菌库存、96孔板检测格式、在较大的方形培养皿上电镀、着色菌落, 以便进行拍照和自动殖民计数, 所有这些都有助于减少完成这项工作所需的材料和时间测定。与其他高通量方法相比, 这种检测也有优势, 因为它不需要任何专门的试剂或设备。所述协议可使用基本试剂和免费提供的软件执行, 允许在任何实验室环境中应用。
该协议提供的所有优点都支持其在今后的许多调查中的使用。该检测方法非常适合检测接种疫苗或自然感染后的免疫反应。这一应用使 sba 成为志贺菌疫苗研究中的一个宝贵工具, 并已被用于评估志贺菌生物结合疫苗中的疫苗免疫原性, 在这种情况下, sba 已证明了这些疫苗的能力。诱导功能性抗体的产生16。该协议已被多个实验室广泛测试, 并已被证明能产生可靠、可重复的结果9。当使用其他杀菌检测17对相同的样品进行测试时, 该协议也会产生类似的结果。该检测产生的数据的一致性及其与其他较旧方法的兼容性使其成为准确评估血清样本中杀菌活性的可靠工具。该检测也可以很容易地适应评估其他样本类型。虽然血清在成人临床试验中很容易获得, 但在以婴儿和幼儿为重点的试验中, 可能很难获得足够的血清;志贺氏菌疫苗的最终目标人群之一。在这些试验中, 全血定期收集在滤纸上并干燥。使用 sba 的这种类型的示例格式取得了一些初步的成功。除全血外, 黏膜样本 (如唾液、粪便提取物和尿液) 也是志贺氏菌疫苗研究的相关目标。目前, 该协议已被评估为三个最临床相关的血清型志贺氏菌, 但它也可以适应额外的志贺氏菌, 以及其他细菌病原体。今后的工作将集中在生产一种具有许多与该协议所描述的检测相同的特征的多重检测。多路检测将允许同时评估多个志贺氏菌血清型, 进一步节省样品量和手的检测时间。目前还在努力将这种检测方法转移到全球各地的实验室。这些全球评估将产生更多的数据, 以便在更大的研究范围内确定检测标准, 同时越来越多的微生物学和免疫学实验室能够进入这个 sba 评估细菌和血清样本从不同的地方收集。这里描述的方法简单, 吞吐量高, 有能力改进志贺氏菌领域的免疫评估, 以及更广泛的应用于其他细菌病原体的评估。
The authors have nothing to disclose.
这项工作是由 path 向 m. h. n. 提供的一笔赠款资助的。这项研究是作为瓦尔特里德陆军研究所和伯明翰阿拉巴马大学之间的合作研究和发展协议进行的。
Gelatin | Sigma | G9391 | Type B, powder, BioReagent, suitable for cell culture |
TTC (2,3,5-Triphenyltetrazolium chloride) | Sigma | T8877 | ≥98.0% (HPLC) |
Sodium azide (NaN3) | Sigma | S2002 | ≥99.5% |
Baby Rabbit Complement | PelFreez | 31061-3 | 3-4 week old |
HBSS with Ca2+/Mg2+ | Invitrogen | 14065-56 | Without Phenol Red |
LB Agar (Lennox) | Sigma | L2897 | Powder microbial growth medium |
Bacto Agar | BD | 214010 | Powdered, (C12H18O9)n |
Glycerol | Sigma | G5516 | For molecular biology, ≥99% |
LB Broth (Lennox) | Sigma | L3022 | Powder microbial growth medium |
Square Petri Dish | Sigma | Z617679-240EA | 120 mm x 120 mm |
Assay Plate | Costar | 3799 | 96 well u-bottom plate with lid |
NICE Software | University of Alabama at Birmingham | ftp://ftp.nist.gov/pub/physics/mlclarke/NICE/ |