Coxiella burnetii의는 인수 공통 질병 Q 열병에 대한 책임 의무적 세포 내 그람 음성 세균이다. 여기에서 우리는 Coxiella 형광 트랜스포존 돌연변이의 발생뿐만 아니라 자동 식별 및 결과 국제화, 복제 및 세포 독성 표현형의 분석 방법을 설명합니다.
내습 및 세균성 병원균에 의한 숙주 세포의 콜로니가 파괴 및 키 호스트 기능을 조작 할 수있는 독성으로 정의 원핵 인자 단백질의 다수의 활성에 의존한다. 호스트 / 병원균 상호 작용의 연구는 세균 감염을 이해하고 전염성 질환에 대응하기 위해 대체 전략을 개발하는 것이 매우 중요하다. 이 방법은 그러나, 세균 독성 결정의 편견, 자동 식별 및 특성화를위한 새로운 높은 처리량 분석의 개발이 필요합니다. 여기서는 트랜스포존 돌연변이 유발에 의해 GFP 표지 된 돌연변이 체 라이브러리를 생성하는 방법을 설명하고 높은 콘텐츠 스크리닝의 개발은 여러 트랜스포존 관련 표현형의 동시 식별에 접근한다. 우리의 작업은 SE 모델과 연관된 세포 내 세균 병원체 Coxiella burnetii의, Q의 동물 원성 감염증의 발열 병인 에이전트이며베르는 필연적 건강과 경제적 부담으로 발병이. 이 병원균의 의무적 세포 내 성격은, 최근까지 심각한 Coxiella의 높은 처리량 / 높은 콘텐츠 접근 방식의 구현을위한 이상적인 모델을 만들고, 호스트 병원체 상호 작용에 관여하는 세균 요인의 식별을 방해하고있다.
신흥, 풍토 박테리아 Coxiella burnetii는 Q의 발열, 심한 건강과 경제에 미치는 영향 1 쇠약 독감 등 인수 공통 질병의 대규모 발생에 대한 책임이 있습니다. Coxiella의 주요 저수지 국내 및 농장 동물, 이는 US의 젖소의 90 % 이상을 가지고 C. 것으로 추정되고 2 burnetii. 인간은 오염 된 에어로졸의 흡입에 의해 감염 우발적 호스트입니다. 인간의 Q 열이 명단 중 65 % 1,3에 도달 사망률과 치명적인 합병증을 가질 수있는 급성 또는 만성 질환, 등. (1)의 감염 복용량 – 10 생물, Coxiella 알려진 가장 전염성 병원체이며, 그것은 잠재적 인 생물 무기 (4)로 조사되었다. 네덜란드 (2,007에서 2,010 사이)에서 Q 열병의 최근 폭발 발생의 경우 연간 2,000에 182에서 확대와 함께,이 병원균의 심각한 독성의 예를 들어 서5.
Coxiella 감염의 놀라운 효율은 가능성이 세포를 호스트하는 독특한 적응과 함께 환경 스트레스에 대한 저항과 관련이있다. 실제로, Coxiella 여러 가혹한 조건 (탈수, 온도 등)에 대한 내성이 현저하게 대사 비활성 소세포 변이체 (SCV) 형태의 환경에 존재한다. 비 식세포의 침윤이 Coxiella 접착 / 침입하는 OmpA 7 아직 미확인 수용체에 의해 매개되는 동안 SCVs 최대 3 인테그린 6 β α의 V를 통해 식세포에 의해 촬영된다. 흡수 후, Coxiella은 Rab5 및 EEA1 8 초기 엔도 좀 마커에 대한 긍정적 인 꽉 끼는 액포,에 있습니다. 박테리아는 도트 / ICM 4 형 분비 시스템 (T4SS) (9) 대사 활성 대 세포 변형 (상용차)로 변환하고 활성화하여 엔도 좀의 산성화에 응답, 레지오넬라 뉴모 필라 (10)의 고도로 상동. 도트 / ICM 이펙터의 분비 Coxiella 박테리아가 번성하고 적극적 아폽토시스 11에서 감염된 세포를 보호 할 수있는 활성 리소좀 효소를 포함하는 대형 LAMP1 양성 산성 칸을 생성 할 수있다. 따라서, Coxiella의 세포주기 세균성 이펙터 (12)의 도트 / ICM 매개 전위에 의해 제어된다, 그러나, 숙주 세포 침윤, 박테리아 복제 및 감염의 보급에 관련된 미생물의 미지의 요인이 크게 남아있다.
숙주 세포 내에서 1) 내재화, 2) 세포 내 복제, 3) 셀 간 전파 : 트랜스포존 돌연변이 유발 및 형광 계 분석을 결합하여, 우리는 Coxiella 감염의 주요 단계에 관여하는 박테리아 인자의 동시 식별 공평 접근법을 개발 및 4) 지속성. 지금까지 우리는 1,000m에 걸쳐 상영 한Coxiella의 병인 (7)을 조절 호스트 병원체 상호 작용에 대한 전례없는 통찰력으로 우리를 제공하는 500 Coxiella 코딩 시퀀스에서 utations. 참고로,이 접근법은 Coxiella으로 세포 생물학 기능을 공유하는 다른 세포 내 병원체의 연구에 적용될 수있다.
호스트 / 병원균 상호 작용의 연구는 세균 감염을 이해하고 전염성 질환에 대응하기 위해 대체 전략을 개발하는 놀라운 방법이 될 입증되었습니다. 그러나, 다른 병원성 세균에 의해 정교 전략의 다양성, 박테리아 독성 인자의 감염시 타겟팅 신호 경로 호스트의 식별 및 특성은 실제 도전을 나타낸다. 이것은 키 호스트 / 병원균 작용 허브 대규모 식별 새로운 접근법의 개발을 요구한다. 혁신적인, 높은 처리량과 높은 콘텐츠 스크리닝 기법의 최근의 개발은 세포 내 박테리아 병원균 (15)의 연구에 적용 할 수있는 귀중한 자원을 나타낸다. 여기서는 트랜스포존 돌연변이 유발 및 형광 계 분석을 결합 스크리닝 방법을 개발하는 모델로 인수 공통 세균성 병원체 Coxiella burnetii에 사용 하였다. ImportanTLY이 스크리닝 방법은, 침략 복제하고 감염된 세포 내에서 유지하기 위해이 세균에 의해 개발 된 전략 개요를 제공하는 글로벌, Coxiella 세포주기의 여러 단계의 동시 모니터링을 허용한다.
여기에 설명 된 접근법을 성공적 세균성 병원균의 연구에 적용되어 두 개의 잘 확립 된 기법, 트랜스포존 돌연변이 유발 및 형광 계 분석에 기초한다. 높은 처리량 / 높은 컨텐츠 화면의 문맥에서 이들 기술을 조합하면 우리는 이벤트의 매우 높은 번호 (세균의 돌연변이 당 전형적으로 15,000 감염된 세포 영상화 및 분석한다)를 분석함으로써 세균의 돌연변이 높은 수의 효과를 평가할 수있다. 이것은, 자연, 높은 변동 될 수 있습니다 숙주 세포 및 세포 내 복제의 세균 침입으로 사건의 중요한 통계 분석을 제공합니다. 이 EP 이외의 해당 셀 라인을 주목하는 것이 중요하다ithelial은이 유형의 스크리닝에 사용될 수있다. 숙주 세포 소기관 감지하기 쉽다 그러나, 편평 상피 세포 및 대형 이미지 분석을 위해 최적이다. 자동화 현미경의 대부분이 자동 판의 다수를 처리 할 수 있기 때문에, 동시에 스크리닝 할 수있는 돌연변이의 수를 실질적으로 제한이 없다. 병원체에 따라 사용자 캔 특권 또는 표면 형광 공 초점 현미경의 사용. 화상 취득의 시간은 주로 웰 당 시야 당 획득 채널 수에 취득 된 필드의 수에, 현미경 카메라의 감도에 의존 할 것이다. 사용자는 선별 프로토콜을 최적화하기 위해 이러한 인자를 조절하는 방법을 결정할 수있다. 예로서, 우리는 5.1 포인트로 지시 한 조건을 이용하여 96 웰 플레이트 / 시간을 묘화. 이미지 분석은 주로 사용되는 기계 (또는 기계 클러스터)에 따라 달라집니다. 우리는 12 코어 (2 × 3.06 GHz의 6 코어) 48 기가 바이트 RAM의 워크 스테이션을 사용합니다. 이 기계는 approxi이 필요합니다후면부로 40 분 한 판에서 획득 된 영상을 분석합니다.
이러한 분석법을 개발하는 새로운 세트 업 (또는 기존의 최적화) 샘플들의 다수의 조작 및 처리를 허용하는 프로토콜 인 경우 중요한 측면이 고려되어야한다. 전형적인 예는 우리가 급속 증폭을 허용 단일 콜로니 PCR 프라이머 접근법의 개발은 매우 작은 샘플들로부터, 각각의 트랜스포존의 삽입 위치를 포함하는 서열 Coxiella DNA 단편. 우리의 경험에 기초하여, 고성능 폴리머 엄선하고 재현 가능한 결과를 수득하기 위해 테스트되어야한다. 이 방법의 유일한 제한은, 대부분의 경우에, 처리 된 샘플의 약 30 %가 악용되지 않으며, 관측 PCR 또는 서열 분석에 의한 단계를 숨길 수있다. 그러나, 새로운 Coxiella 트랜스포존 돌연변이 체의 분리가 속도 – 제한 단계가 아님을 고려하면, 이는 파트 : 않는다주요 문제를 보냈습니다. 마찬가지로, 돌연변이 주식의 세균 농도를 정량화 할 수있는 신뢰할 수있는 분석의 개발이 방법의 핵심이었다. 서스펜션의 집계 Coxiella의 경향으로 인해, 광학 밀도 수치를 사용했다 Coxiella의 문화와 만 기존 대안의 농도 정량 PCR (qPCR에)을 계산하기 위해 적용 할 수 없습니다. 여기서, 형광 태그 DNA에 인터 제의 사용은 크게 박테리아 정량을 가속화.
이 접근법은 또한 사용될 병원체에 따라 여러 가지 세포 내 구획 용 형광 마커를 발현하는 안정한 세포주의 사용을 활용할 수있다. 또 다른 중요한 측면은 페놀 레드없는 세포 배양 배지의 사용이다. 우리는이 산도 표시등이 자동 형광 판독기에 기록 된 신호를 포화 빨간색과 녹색 스펙트럼에 걸쳐 자연 형광을 가지고 관찰했다.
티그는 여기에 제시된 전략은 임의 트랜스포존 돌연변이 유발에 의존한다. 관심의 돌연변이를 들어, 우리는 남부 얼룩과 트랜스포존 삽입 부위의 PCR의 증폭을 사용하여 고유의 트랜스 포지션의 유효성을 검사 (및 clonality) 좋습니다.
프로토콜 절에 설명 된 장치 외에, 여기에 제시된 스크리닝 방법을 사용하고자 팀, 데이터 수집, 데이터 저장을위한 서버 및 신속한 화상 분석 워크 스테이션 관계형 데이터베이스의 셋업에서 큰 장점을 취할 것이다.
중요한 것은, 여기에 다른 세포 내 세균 병원균의 연구를 위해 적합하다 기재된 방법은 무작위 돌연변이 유발 법은 병원체 존재 제공 세포주 병원체에 의해 감염 될 수 있으며,이 중 하나는 감염시 특정 표현형을 표시한다.
The authors have nothing to disclose.
This work was supported by an Avenir/ATIP grant to Matteo Bonazzi and a Marie Curie CIG (N° 293731) to Eric Martinez. The authors would like to thank Dr. Robert Heinzen for sharing C. burnetii strains, antibodies and tools, Virginie Georget and Sylvain DeRossi (Montpellier Rio Imaging-MRI, 1919 route de Mende, 34293 Montpellier) for their technical assistance and data analysis.
Citric acid | Sigma | C0759-500G | ACCM-2 medium component |
Sodium citrate | Sigma | S4641-500G | ACCM-2 medium component |
Potassium phosphate | Sigma | 60218-100G | ACCM-2 medium component |
Magnesium chloride | Sigma | M2670-100G | ACCM-2 medium component |
Calcium chloride | Sigma | C5080-500G | ACCM-2 medium component |
Iron sulfate | Sigma | F8633-250G | ACCM-2 medium component |
Sodium chloride | Sigma | S9625-500G | ACCM-2 medium component |
L-cysteine | Sigma | C6852-25G | ACCM-2 medium component |
Bacto Neopeptone | BD (Beckton-Dickinson) | 211681 | ACCM-2 medium component |
Casamino acids | BD (Beckton-Dickinson) | 223050 | ACCM-2 medium component |
Methyl-B-Cyclodextrin | Sigma | C4555-10G | ACCM-2 medium component |
RPMI w/glutamax | Gibco | 61870-010 | ACCM-2 medium component |
RPMI w/glutamax, without phenol red | Gibco | 32404-014 | For cell culture and infection |
Fetal Bovine Serum | GE healthcare | SH30071 | For cell culture |
Trypsin EDTA (0.25%) | Life Technologies | 25200-056 | For cell culture |
Saponin | Sigma | 47036 | For immunofluorescence staining |
Ammonium chloride | Sigma | A9434 | For immunofluorescence staining |
Bovine Serum Albumine | Sigma | A2153 | For immunofluorescence staining |
Electroporation cuvette 0.1 cm | Eurogentec | ce0001-50 | For Coxiella transformation |
Trackmates screw top tubes with caps | Thermo Scientific | 3741 | 2D barcoded screwcap |
96-well microplate with black walls and bottom | Greiner | 655076 | Flat dark bottom, for dsDNA quantitation |
96-well microplate, ��clear, black walls | Greiner | 655090 | Flat transparent bottom, for cell culture and imaging |
96-well PCR microplate | Biorad | 2239441 | DNAse/RNAse free |
96-well plate, Deepwell | Labcon | 949481 | For Coxiella mutants infections |
PicoGreen | Life Technologies | P7581 | For dsDNA quantitation |
Triton X-100 | Sigma | T9284-500ML | For dsDNA quantitation |
Phusion High fidelity DNA Polymerase | New England Biolabs | M0530L | For single primer colony PCR |
Celltracker Red CMTPX | Life Technologies | C34552 | For imaging |
Anti-LAMP1 antibody | Sigma | 94403-1ML | For immunofluorescence staining |
Hoechst 33258 | Sigma | L1418 | For imaging |
Fluorescence microplate reader Infinite 200 Pro | Tecan | ||
Epifluorescence automated microscope Cellomics | Thermo Scientific |