Coxiella burnetii это облигатные внутриклеточные грамотрицательные бактерии ответственны за зоонозных заболеваний лихорадкой Ку. Здесь мы опишем методы генерации Coxiella люминесцентные транспозонов мутантов, а также автоматической идентификации и анализа полученных интернализации, репликации и цитотоксических фенотипов.
Вторжение и колонизации клеток-хозяев бактериальными патогенами зависит от активности большого числа прокариотических белков, определяемой как факторов вирулентности, которые могут подорвать и манипулировать ключевые функции хоста. Изучение хост / патогена взаимодействия Поэтому крайне важно, чтобы понять, бактериальных инфекций и развивать альтернативные стратегии по борьбе с инфекционными заболеваниями. Этот подход, однако, требует разработки новых высокопроизводительных анализов для объективной, автоматизированной идентификации и характеризации бактериальных вирулентных детерминант. Здесь мы опишем метод для генерации GFP-тегами мутанта библиотеке транспозонов мутагенеза и развитие высокого содержания скрининга подходит для одновременного выявления нескольких транспозонов связанный фенотипов. Наша рабочая модель внутриклеточной бактериальный возбудитель Coxiella burnetii, этиологический агент зоонозов лихорадки Ку, который связан с SEВере вспышек с последующим здоровья и экономического бремени. Облигатные внутриклеточные природа этого патогена не имеет, до недавнего времени, сильно затруднено выявление бактериальных факторов, участвующих в хост патогена взаимодействия, изготовление Coxiella идеальную модель для реализации подходов с высокой пропускной / высоких контента.
Emerging, эндемичных бактерия Coxiella burnetii несет ответственность за крупных вспышек лихорадки Ку, изнурительной гриппа, как зоонозов с тяжелой здоровья и экономического влияния 1. Основные резервуары Coxiella являются отечественные и животные, и, по оценкам, более 90% молочного скота в США несут С. burnetii 2. Люди случайные хозяева, которые заражены при вдыхании загрязненной аэрозолей. Человек лихорадка Ку проявляется либо в виде острого или хронического заболевания, которое может иметь фатальные осложнения с уровнем смертности достигает 65% 1,3. С инфекционного дозе 1 – 10 организмов, Coxiella наиболее инфекционного патогена известны и он был исследован в качестве потенциального биологического оружия 4. Недавнее взрывное вспышка лихорадки Ку в Нидерландах (2007 – 2010), с случаев эскалации от 182 до более чем 2000 год, стоит в качестве примера серьезного вирулентности патогена5.
Примечательно, эффективность Coxiella инфекций, скорее всего, связано с его устойчивостью к экологическому стрессу, в сочетании с уникальной адаптации для размещения клеток. Действительно, Coxiella присутствует в окружающей среде в виде неактивных метаболически небольших вариантов клеток (SCV), которые удивительно устойчивы к нескольким суровых условиях (высыхания, температура и т.д.). КСМ которые принимаются до фагоцитирующих клеток с помощью α V β 3 интегринов 6, а вторжение без фагоцитирующих клеток при посредничестве Coxiella адгезии / инвазии OmpA 7 и еще неизвестному рецептора. После поглощения, Coxiella проживает в облегающие вакуолей, положительных на ранних маркеров эндосомных Rab5 и EEA1 8. Бактерии реагируют на подкисление эндосомный путем преобразования в метаболически активных крупных вариантов клеток (легких коммерческих автомобилей) и активации типа 4 системы секреции точка / ICM (T4SS) 9Высоко гомологичны, что легионелл 10. Секреция точка / ICM эффекторов позволяют Coxiella генерировать большой, ЛАМПА1-положительных кислой отсек, содержащий активные лизосомальные ферменты, где бактерии могут процветать и активно защищают инфицированные клетки от апоптоза 11. Следовательно, внутриклеточный цикл Coxiella контролируется Точка / ICM-опосредованной транслокации бактерий эффекторов 12, однако, микробные факторы, участвующие в инвазии клеток хозяина, бактериальной репликации и распространения инфекции остаются в значительной степени неизвестными.
Сочетание транспозонов мутагенеза и флуоресценции на основе анализов, мы разрабатываем беспристрастные подходы для одновременной идентификации бактериальных факторов, участвующих в основных шагов Coxiella инфекций: 1) интернационализация в клетках-хозяевах, 2) внутриклеточный репликации, 3) спред от клетки к клетке и 4) сохранение. На сегодняшний день, мы скрининг более 1000 мutations в 500 кодирующих последовательностей Coxiella, которые предоставили нам беспрецедентные идеи в хозяин-патоген взаимодействий, которые регулируют Coxiella патогенеза 7. Следует отметить, что этот подход может быть применен к изучению других внутриклеточных патогенов, которые разделяют особенности клеточной биологии с Coxiella.
Изучение хост / патогена взаимодействия оказалась замечательным способом понять бактериальных инфекций и развивать альтернативные стратегии по борьбе с инфекционными заболеваниями. Тем не менее, из-за разнообразия стратегий, разработанных различными бактериальными патогенами, идентификация и характеристика бактериальных факторов вирулентности и хозяина сигнальных путей, которые целевой при инфекциях представляют собой реальную проблему. Это требует разработки новых подходов к крупномасштабной идентификации ключевых узлов взаимодействия хоста / патогена. Недавнее развитие инновационной, высокой пропускной и высокого содержания методов скрининга представляет собой бесценный ресурс, который может быть адаптирован к изучению внутриклеточных бактериальных патогенов 15. Здесь мы использовали зоонозных бактериальный возбудитель Coxiella burnetii в качестве модели для разработки скрининга подходы, которые сочетают транспозонов мутагенеза и флуоресценции на основе анализов. ImportanTLY, этот метод скрининга позволяет одновременный мониторинг нескольких шагах внутриклеточного цикла Coxiella, обеспечивая глобальный обзор стратегий, разработанных этой бактерией вторгнуться, тиражировать и сохраняются в течение инфицированных клеток.
Описанный здесь подход основан на двух хорошо известных методов, транспозонов мутагенеза и флуоресценции основе анализа, которые были успешно применены к изучению бактериальных патогенов. Сочетание этих методов в контексте экранов высокой пропускной / высокого содержания позволяет оценить воздействие большого количества бактериальных мутаций, анализируя очень большое количество событий (обычно 15000 инфицированных клеток за бактериальных мутаций вошедшие и анализируются). Это обеспечивает важную статистический анализ событий, таких как бактериальной инвазии клеток-хозяев и внутриклеточного репликации, которые, по своей природе, с учетом высокой изменчивости. Важно отметить, что другие клеточные линии, чем ЕРithelial могут быть использованы для этого типа скрининга. Тем не менее, плоские и большие эпителиальные клетки являются оптимальными для анализа изображений, как хост клеточные органеллы легче обнаружить. Поскольку большинство автоматизированных микроскопов может автоматически обрабатывать большое количество пластин, не существует практически никаких ограничений на количество мутантов, которые могут быть подвергнуты скринингу одновременно. В зависимости от возбудителя, пользователь может привилегия использование эпифлуоресцентной или конфокальной микроскопии. Время получения изображения во многом будет зависеть от чувствительности камеры микроскопа, от количества полей, полученных на лунку и по количеству каналов, полученных в поле зрения. Пользователь может решить, как корректировать эти факторы для оптимизации протокола скрининга. В качестве примера, мы отображаемого один 96-луночного планшета / ч с использованием условий, указанных в пункте 5.1. Анализ изображения значительной степени зависит от машины (или группе машин) используется. Мы используем 12-ядро (2 х 3,06 ГГц 6-Core), 48 ГБ оперативной памяти рабочей станции. Эта машина требует Approxiсчете 40 мин для анализа изображений, полученных с одной пластины.
Важный аспект необходимо учитывать при разработке этих анализов является множество из новых (или оптимизации существующих протоколов), чтобы позволить манипуляцию и обработку большого числа образцов. Типичным примером является развитие единого грунт колонии ПЦР подхода, который позволил нам быстро усилить и фрагменты последовательности Coxiella ДНК, содержащие сайт вставки каждого транспозонов, от очень маленьких образцов. Основываясь на нашем опыте, высококачественный полимеразной должен быть тщательно отобраны и протестированы для того, чтобы получить воспроизводимые результаты. Единственное ограничение этого подхода может скрывать в наблюдении, что, в большинстве случаев, около 30% из полученных образцов не являются годный для использования, либо из-за ПЦР или шагов секвенирования. Однако, учитывая, что изоляция новых Coxiella транспозонов мутантов не ограничение скорости шаг, это не предстанаправил важный вопрос. Аналогичным образом, разработка надежного анализа количественного определения концентрации бактерий мутантных запасов играет ключевую роль в этом подходе. В связи с тенденцией к агрегации Coxiella, когда в суспензии, использование показаний оптической плотности не применяется для расчета концентрации Coxiella культур и единственной существующей альтернативой количественный ПЦР (КПЦР). Здесь использование флуоресцентно меченых ДНК интеркалирующего агента значительно ускорить бактерий количественное.
Этот подход также может воспользоваться использованием стабильных клеточных линий, экспрессирующих флуоресцентные маркеры для нескольких внутриклеточные компартменты, в зависимости от возбудителя используется. Другим важным аспектом является использование клеточной культуральной среде, лишенной фенолового красного. Мы наблюдали, что этот показатель рН имеет естественную флуоресценцию охватывающей красный и зеленый спектр, который насыщает сигнала, записанного на автоматизированном считывания флуоресценции.
Тон стратегия, представленная здесь опирается на случайный транспозонов мутагенеза. Для мутантов интерес, мы рекомендуем проверки уникальные перестановки (и клональности) с помощью Саузерн-блоттинга и ПЦР амплификации сайта вставки транспозона.
Кроме оборудования, описанного в разделе протокола, команды, заинтересованные в использовании скрининга подход, представленный здесь, доставит огромное преимущество в заданной реляционной базы данных для сбора данных, сервер для хранения данных и рабочих станций для быстрого анализа изображений.
Важно отметить, что метод здесь описано подходит для изучения других внутриклеточных бактериальных патогенов при условии случайного мутагенеза существует для возбудителя, клеточные линии могут быть заражены возбудителем, и это одна отображает определенный фенотип при заражении.
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 |