プランクトン細胞(MBC-P)およびバイオフィルム細胞(MBC-B)の抗菌剤の最小殺菌濃度の確立
Summary
このプロトコルは、96ウェルマイクロタイタープレートを使用して インビトロで バイオフィルムを形成することができる細菌株のプランクトニックとバイオフィルム耐性の間の直接比較を可能にする。プランクトニックまたはバイオフィルム細菌は、選択した抗菌剤の連続希釈液に曝露される。生存率は寒天プレート上の成長によってアッセイされる。
Abstract
このプロトコルは、 インビトロでバイオフィルムを形成することができる細菌株のプランクトニックとバイオフィルム耐性の間の直接比較を可能にする。細菌は96ウェルマイクロティタープレートの井戸に接種される。プランクトニックアッセイの場合、選択した抗菌剤の連続希釈が細菌懸濁液に添加される。バイオフィルムアッセイでは、一度接種すると、細菌は一定期間にわたってバイオフィルムを形成するために残される。未接続の細胞は、ウェルから除去され、培地が補充され、選択した抗菌剤の連続希釈が加え加える。抗菌剤に曝された後、プランクトニック細胞は成長のためにアッセイされる。バイオフィルムアッセイの場合、培地は、抗菌剤を欠いた新鮮な培地でリフレッシュされ、バイオフィルム細胞は回復するために残されます。バイオフィルム細胞の生存率は、回復期間後にアッセイされる。抗菌剤のMBC-Pは、プランクトン培養中の細胞を殺す薬物の最も低い濃度として定義される。 対照的に、株に対するMBC-Bは、24時間の抗菌剤の濃度を増加させるために、プレフォー形成バイオフィルムを曝露することによって決定される。MBC-Bは、バイオフィルム内の細胞を殺す抗菌剤の最も低い濃度として定義されます。
Introduction
抗生物質耐性アッセイは、当初、細菌のプランクトニック(遊泳)培養物の耐性をアッセイするために開発されました。多くの細菌感染はバイオフィルム(表面付着細胞)を含むため、バイオフィルム特異的な抗生物質耐性をアッセイする方法の開発に興味を持っていました。しかし、ほとんどの抗生物質耐性アッセイは、バイオフィルムの耐性を測定するためには不十分です。例えば、最小阻害濃度(MIC)を決定することは、プランクトニック細菌培養 物1の抗生物質耐性を決定するためのゴールドスタンダードである。このアッセイは、希釈されたプランクトニック培養物と希釈系の抗生物質を混合することを伴う。 プランクトニック細胞の目に見える成長を阻害する抗生物質の濃度は、MICです。このアッセイは成長の阻害に依存しているため、定義上、それは、プレウジョンバイオフィルムにおける細胞の抗生物質感受性を調べる必要があるバイオフィルム培養物では動作できません。ここで説明するMBC-Bアッセイは、増殖阻害を測定する代わりに、バイオフィルムに存在する細胞を殺す抗生物質の濃度を決定する。従って、このアッセイは、確立されたバイオフィルム感染症の抗生物質治療を模倣し、 生体内での細菌抗生物質耐性のより関連性の高い見解を提供することを目的とする。
バイオフィルムは一般にプランクトニック培養 2-4 よりも抗生物質耐性が高いため、バイオフィルムの抗生物質耐性をプランクトニック培養物に直接関連付ける方法を考案する必要があった。したがって、この方法のもう一つの目標は、プランクトニック細胞とバイオフィルム細胞間の抗生物質耐性のレベルを直接比較できることである。ここで説明する MBC-P および MBC-B アッセイは、細胞が同様の条件で培養されるため、これを可能にします。我々は、バイオフィルム特異的抗生物質耐性 5-8 に重要ないくつかの遺伝子を研究するために、この方法を利用している。
Protocol
Representative Results
Discussion
プランクトニック細胞における抗生物質耐性は、細胞の永久的な変化(例えば 突然変異)による抗生物質の最小阻害濃度(MIC)の増加と定義される。これまでに同定されたバイオフィルム特異的耐性または耐性のメカニズムは、バイオフィルム内の野生型遺伝子の発現の結果である。したがって、従来の抵抗の定義はバイオフィルムには適用されません。しかし、別の定義のセットが提示?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者は、この原稿の編集上の助けのために李張、西安志李、アーロン・ヒンツ、クレイトン・ホールに感謝したいと思います。このアッセイは当初、ダートマスのガイゼル医学部ジョージ・オトゥールの研究室で開発されました。博士マーの研究室での研究は、カナダの自然科学工学研究評議会と嚢胞性線維症カナダからの助成金によって支えられている。
Materials
|
1x M63 |
Prepare as a 5x M63 stock by dissolving 15g KH2PO4, 35g K2HPO4 and 10g (NH4)2SO4 in 1 L of water. This stock does not need to be autoclaved and can be stored at room temperature. Dilute 5x stock 1:5, autoclave, cool, then add the desired components. |
||
|
KH2PO4 |
Fisher |
P285-500 |
|
|
K2HPO4 |
Fisher |
P288-500 |
|
|
(NH4)2SO4 |
Sigma |
A5132 |
|
|
Magnesium sulfate |
Fisher |
M63-500 |
Add to 1 mM final concentration. Prepare as a 1 M stock in water and autoclave. |
|
Tobramycin |
Sigma |
Prepare 50 mg/m stock. Aliquot and store at –20°C. |
|
|
Arginine |
Sigma |
A5131 |
Add to 0.4% final concentration. Prepare as a 20% stock in water and filter sterilize. This alternative carbon/energy source can replace glucose and casamino acids |
|
96-well microtiter plates |
Corning |
3595 |
Sterile, flat-bottom, low evaporation |
|
Tranferpette (multichannel pipette) |
BrandTech |
2703610 |
8-channel, 20-200 μl |
|
Multiprong device |
Dan-Kar |
MC48 |
48 prongs fit into ½ of a 96-well microtiter plate |
References
- Hoiby, N., Bjarnsholt, T., Givskov, M., Molin, S., Ciofu, O. Antibiotic resistance of bacterial biofilms. Int. J. Antimicrob. Agents. 35 (4), 322-332 (2010).
- Mah, T. F., O’Toole, G. A. Mechanisms of biofilm resistance to antimicrobial agents. Trends Microbiol. 9 (1), 34-39 (2001).
- Mah, T. F. Biofilm-specific antibiotic resistance. Future Microbiol. 7 (9), 1061-1072 (2012).
- Mah, T. F., Pitts, B., Pellock, B., Walker, G. C., Stewart, P. S., O’Toole, G. A. A genetic basis for Pseudomonas aeruginosa biofilm antibiotic resistance. Nature. 426 (6964), 306-310 (2003).
- Zhang, L., Mah, T. F. The Involvement of a Novel Efflux System in Biofilm-Specific Resistance to Antibiotics. J. Bacteriol. 190 (13), 4447-4452 (2008).
- Zhang, L., Hinz, A. J., Nadeau, J. P., Mah, T. F. Pseudomonas aeruginosa tssC1 Links Type VI Secretion and Biofilm-specific Antibiotic Resistance. J. Bacteriol. 193 (19), 5510-5513 (2011).
- Beaudoin, T., Zhang, L., Hinz, A. J., Parr, C. J., Mah, T. F. The Biofilm-Specific Antibiotic Resistance Gene, ndvB, is Important for Expression of Ethanol Oxidation Genes in Pseudomonas aeruginosa Biofilms. J. Bacteriol. 194 (12), 3128-3136 (2012).
- O’Toole, G. A. Microtiter Dish Biofilm Formation Assay. J. Vis. Exp. (47), e2437 (2011).
- Lewis, K. Multidrug tolerance of biofilms and persister cells. Curr. Top. Microbiol. Immunol. 322, 107-131 (2008).
- Merritt, J. H., Kadouri, D. E., O’Toole, G. A. Growing and Analyzing Static Biofilms. Curr. Protoc. Microbiol. 1, 1B.1.1-1B.1.17 (2005).
- Ramey, B. E., Parsek, M. R. Chapter 1. Growing and analyzing biofilms in fermenters. Curr. Protoc. Microbiol. 1, 1B.3.1-1B.3.14 (2005).
