Intrakranielle Subarachnoidal Route der Infektion für die Untersuchung Rollen von Streptococcus Suis Biofilmen in Meningitis in einem Mausmodell der Infektion
Summary
Hier beschreiben wir die intrakranielle Subarachnoidal-Route der Infektion bei Mäusen, Rollen von Biofilmen in Streptococcus Suis Meningitis zu studieren. Diese Infektionsmodell eignet sich auch für die Untersuchung der Pathogenese der anderen bakteriellen Meningitis und die Wirksamkeit neuer Medikamente gegen bakterielle Meningitis.
Abstract
Streptococcus Suis ist nicht nur eine große bakterielle Erreger von Schweinen weltweit, sondern auch ein emerging zoonotische Agent. Bei Menschen und Schweinen ist Meningitis eine wichtige Manifestation des S. Suis Infektionen. Eine geeignete Infektionsmodell ist ein wichtiges Instrument zum Verständnis der Mechanismen von Krankheiten durch Krankheitserreger verursacht. Mehrere Wege der Infektion bei Mäusen wurden entwickelt, um die Pathogenese der Infektion S. Suis zu studieren. Die intraperitoneal, intranasale und intravenösem Wege der Infektion sind jedoch nicht geeignet für die Rollen von S. Suis Bauteilen in Meningitis direkt im Gehirn, wie z. B. die extrazelluläre Matrix von Biofilmen zu studieren. Obwohl Intracisternal Impfung für S. Suis Infektion verwendet worden ist, ist die genaue Einstichstelle nicht beschrieben worden. Hier wurde die intrakranielle Subarachnoidal-Route der Infektion in einem Mausmodell zu untersuchen, die Rollen von Biofilmen in S. Suis Meningitis beschrieben. S. Suis planktonischen Zellen oder Biofilm Staat wurden direkt in den Subarachnoidalraum von Mäusen durch die Einstichstelle befindet sich 3,5 mm von der Bregma rostral injiziert. Histopathologische Analyse und erhöhte mRNA Expression von TLR2 und Zytokine des Hirngewebes von Mäusen injiziert mit Biofilm Zustand Zellen deutlich gezeigt, dass S. Suis Biofilm in S. Suis Meningitis definitive Rollen spielt. Diese Route der Infektion hat offensichtliche Vorteile gegenüber anderen Wege der Infektion, so dass die Studie der Interaktion Host-Bakterium. Darüber hinaus erlaubt es die Wirkung von bakteriellen Komponenten auf Host Immune Antworten direkt in das Gehirn zu beurteilenden und imitiert bakterielle Eingang in das zentrale Nervensystem. Diese Route der Infektion kann erweitert werden, für die Untersuchung der Mechanismen der Meningitis verursacht durch andere Bakterien. Darüber hinaus können auch verwendet werden, um die Wirksamkeit von Medikamenten gegen bakterielle Meningitis zu testen.
Introduction
Streptococcus suis (S. Suis) ist eine große bakterielle Erreger von Schweinen weltweit, verursacht schwere Krankheiten wie Meningitis, Lungenentzündung, Blutvergiftung, Endokarditis und Arthritis1. Es ist auch ein emerging zoonotische Agent. Bisher wurde berichtet, dass neun Serotypen Infektion beim Menschen, darunter Serotypen 2, 4, 5, 9, 14, 16, 21, 24 und 312,3,4auslösen können. Bei Menschen und Schweinen ist Meningitis eine der wichtigsten klinischen Zeichen von S. Suis Infektionen. S. Suis ist in Vietnam und Thailand die wichtigste Ursache der Meningitis bei Erwachsenen5. Mikrobielle Biofilme sind Mikroorganismen, die zueinander halten und an einer Schnittstelle konzentriert sind; Sie sind unerlässlich für bakterielle Virulenz, Überleben in verschiedenen Umgebungen und Antibiotika-Resistenz-5. Biofilme sind in der Regel eine extrazelluläre Matrix umgeben, die in der Regel Polysaccharide, Proteine und DNA-6 enthält. Letzteres ist in der Lage, Host Entzündungsreaktionen und Cytokine Produktion7zu entlocken. Biofilmbildung wurde berichtet, an Streptokokken Meningitis in früheren Studien zu beteiligen. Biofilme tragen Streptococcus Agalactiae Meningitis in einem Tilapia-Fisch-Modell und Biofilmbildung im Hirngewebe aufgedeckt worden und um meningealen Oberflächen in Vivo durch intra-abdominalen Impfung8. Bei Meningitis Streptococcus Pneumoniae ist in einem Biofilm-ähnlichen Zustand und Bakterien in einem solchen Biofilm Zustand waren effektiver bei der Induktion von Meningitis in einem Maus-Infektion Modell9. Darüber hinaus in unserem früheren untersuchen, der Biofilm Zustand zugeordnet S. Suis im Gehirn der Maus trägt zur bakteriellen Virulenz von überleben Analyse10. Direkte Beweise für Biofilm Beteiligung an S. Suis Meningitis Bedarf jedoch weiterer Untersuchungen.
Tiermodelle der S. Suis Infektionen wurden bei Mäusen mit der intraperitonealen (i.p.)11, intranasale (i.n.)12, intravenös (i.v.)13und die Intracisternal (i.c) Wege der Infektion14, entwickelt 15 , 16. jedoch die i.p., i.n. und i.v. Infektionswege sind nicht geeignet für die Rollen von S. Suis Bauteilen in Meningitis direkt im Gehirn zu studieren. Dazu gehören die extrazellulären Matrix von Biofilmen. Obwohl die i.c-Impfung für S. Suis Infektion verwendet wurde, wurde die genaue Einstichstelle nicht in diesen Papieren beschrieben. Im Gegensatz dazu der stereotaktischen Koordinaten der Injektionsstelle intrakranielle Subarachnoidal Impfung ist eindeutig in einer früheren Studie17beschrieben worden. Dies erlaubt leichte Erkennbarkeit von der Impfung und weitere vereinfachende experimentelles Protokoll. Darüber hinaus imitiert die intrakranielle Subarachnoidal-Route der Infektion bakterielle Eingang in das zentrale Nervensystem aus die Nasennebenhöhlen oder das Mittelohr17und die Beziehung zwischen dem Mittelohr und Meningitis verursacht durch S. suis Madsen Et al.18nachgewiesen wurde. Darüber hinaus haben wir durch die Anwendung der intrakraniellen Subarachnoidal-Route der Infektion bei Mäusen, gezeigt, dass kleine RNA-rss04 S. Suis Meningitis in unserem vorherigen Studie10trägt.
In der vorliegenden Studie, die intrakranielle Subarachnoidal-Route der Infektion wurde bei Mäusen verwendet, um die Rollen von Biofilmen in S. Suis Meningitis zu untersuchen. Mäuse wurden mit planktonischen Zellen oder Biofilm Zustand von S. Suis auf diesem Weg der Infektion angesteckt. Histopathologische Analyse und erhöhte mRNA Expression von TLR2 und Zytokine aus Hirngewebe von Mäusen injiziert mit Biofilm Zustand Zellen deutlich erklärt, dass S. Suis Biofilm zur Meningitis beiträgt.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die intrakranielle Subarachnoidal-Route der Infektion, die hier beschriebenen hat offensichtliche Vorteile gegenüber anderen Wege der Infektion. Es ermöglicht Ermittler zu studieren, die Host-Bakterium-Interaktion und die Wirkung von bakteriellen Komponenten auf Host Immune Antworten direkt im Gehirn, die bakterielle Eingang in das zentrale Nervensystem zu imitieren. Diese Route der Infektion kann so erweitert werden, für die Untersuchung der Mechanismen der Meningitis verursacht durch andere Bakterien. Darüber hinau…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde unterstützt durch Zuschüsse aus dem National Key Research und Development Program of China [2017YFD0500102]; die National Natural Science Foundation of China [31572544]; die State Key Laboratory ätiologische Veterinärbiologie [SKLVEB2016KFKT005]; Shanghai-Landwirtschaft angewandte Technologie Entwicklung Programm, China [G2016060201].
Materials
| Todd Hewitt Broth(THB) | Becton, Dickinson and Company | DF0492078 | Dissolve 30 g of the powder in 1 L of purified water. Autoclave at 121° for 15 min. |
| Agar | DSBIO | 16C0050 | Dissolve 15 g of the powder in 1 L of THB. Autoclave at 121° for 15 min. |
| Milli-Q Reference Water Purification System | Merck KGaA | Z00QSVCUS | Without Dnase/ Rnase |
| NaCl | Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd | 10019318 | Dissolve 8 g NaCl, 0.2 g KCl, 1.42 g Na2HPO3 , 0.27 g KH2PO4 in 1 L of purified water. Autoclave at 121° for 15 min. Use KOH to adjust pH to 7.4. |
| Na2HPO3 | Xilong Scientific Co., Ltd | 9009012-01-09 | Dissolve 8 g NaCl, 0.2 g KCl, 1.42 g Na2HPO3 , 0.27 g KH2PO4 in 1 L of purified water. Autoclave at 121° for 15 min. Use KOH to adjust pH to 7.4. |
| KCl | Xilong Scientific Co., Ltd | 9009017-01-09 | Dissolve 8 g NaCl, 0.2 g KCl, 1.42 g Na2HPO3 , 0.27 g KH2PO4 in 1 L of purified water. Autoclave at 121° for 15 min. Use KOH to adjust pH to 7.4. |
| KH2PO4 | Xilong Scientific Co., Ltd | 9009019-01-09 | Dissolve 8 g NaCl, 0.2 g KCl, 1.42 g Na2HPO3 , 0.27 g KH2PO4 in 1 L of purified water. Autoclave at 121° for 15 min. Use KOH to adjust pH to 7.4. |
| KOH | Xilong Scientific Co., Ltd | 9009014-01-09 | Dissolve 8 g NaCl, 0.2 g KCl, 1.42 g Na2HPO3 , 0.27 g KH2PO4 in 1 L of purified water. Autoclave at 121° for 15 min. Use KOH to adjust pH to 7.4. |
| Glycerol | Sionpharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10010618 | Diluted with equal volumu of purified water, autoclave at 121° for 15 min |
| 4% paraformaldehyde | Sionpharm Chemical Reagent Co., Ltd | 80096675 | |
| 25% Glutaraldehyde | Sionpharm Chemical Reagent Co., Ltd | 30092436 | 10-fold diluted with purified water for fixation. |
| Ethanol | Sionpharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10009218 | |
| Chloroform | Sionpharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10006818 | |
| Spctrophotometre | DeNovix Inc. | DS-11+ | |
| Ultrasound cell crusher | NingBo Scientz Biotechnology Co.,Ltd | JY96-IIN | |
| Centrifuge | Hitachi Koki Co., Ltd | CT15RE | |
| Refrigerator | Aucma Co., Ltd | DW-86L500 | |
| Scanning electron microscope | Zeiss | EVO-LS10 | |
| FastRNA Pro Green Kit | MP Biomedicals | #6045-050 | |
| FastPrep-24 Instrument | MP Biomedicals | 116005500 | |
| Instrument for PCR | SensoQuest GmbH | 1124310110 | |
| QuantStudio 6 Flex | Thermo Fisher Scientific | 4485689 | |
| SYBR Premix Ex Taq II | Takara Biomedical Technology (Beijing) Co., Ltd | RR820A | |
| PrimeScript RT reagent kit with gDNA Eraser | Takara Biomedical Technology (Beijing) Co., Ltd | RR047A | |
| Fully Enclosed Tissue Processor | Leica Biosystems Nussloch GmbH | ASP200S | |
| Heated Paraffin Embedding Module | Leica Biosystems Nussloch GmbH | EG1150H | |
| Semi-Automated Rotary Microtome | Leica Biosystems Nussloch GmbH | RM2245 | |
| Water bath for paraffin sections | Leica Biosystems Nussloch GmbH | HI1210 | |
| Autostainer XL | Leica Biosystems Nussloch GmbH | ST5010 | |
| Agilent 2100 | Agilent Technologies | G2939A | |
| Optical microscope | Olympus | BX51 |
References
- Gottschalk, M., Xu, J., Calzas, C., Segura, M. Streptococcus suis: a new emerging or an old neglected zoonotic pathogen?. Future Microbiology. 5, 371-391 (2010).
- Goyette-Desjardins, G., Auger, J. P., Xu, J., Segura, M., Gottschalk, M. Streptococcus suis, an important pig pathogen and emerging zoonotic agent-an update on the worldwide distribution based on serotyping and sequence typing. Emerging Microbes & Infections. 3 (6), e45 (2014).
- Kerdsin, A., et al. Emergence of Streptococcus suis serotype 9 infection in humans. Journal of Microbiology, Immunology and Infection. 50 (4), 545-546 (2017).
- Hatrongjit, R., et al. First human case report of sepsis due to infection with Streptococcus suis serotype 31 in Thailand. BMC Infect Diseases. 15, 392 (2015).
- Fittipaldi, N., Segura, M., Grenier, D., Gottschalk, M. Virulence factors involved in the pathogenesis of the infection caused by the swine pathogen and zoonotic agent Streptococcus suis. Future Microbiology. 7 (2), 259-279 (2012).
- Hall-Stoodley, L., Costerton, J. W., Stoodley, P. Bacterial biofilms: from the natural environment to infectious diseases. Nature Reviews Microbiology. 2 (2), 95-108 (2004).
- Fuxman Bass, J. I., et al. Extracellular DNA: a major proinflammatory component of Pseudomonas aeruginosa biofilms. Journal of Immunology. 184 (11), 6386-6395 (2010).
- Isiaku, A. I., et al. Biofilm is associated with chronic streptococcal meningoencephalitis in fish. Microbial Pathogenesis. 102, 59-68 (2017).
- Oggioni, M. R., et al. Switch from planktonic to sessile life: a major event in pneumococcal pathogenesis. Molecular Microbiology. 61 (5), 1196-1210 (2006).
- Xiao, G., et al. Streptococcus suis small RNA rss04 contributes to the induction of meningitis by regulating capsule synthesis and by inducing biofilm formation in a mouse infection model. Veterinary Microbiology. 199, 111-119 (2017).
- Dominguez-Punaro, M. C., et al. Streptococcus suis serotype 2, an important swine and human pathogen, induces strong systemic and cerebral inflammatory responses in a mouse model of infection. Journal of Immunology. 179 (3), 1842-1854 (2007).
- Seitz, M., et al. A novel intranasal mouse model for mucosal colonization by Streptococcus suis serotype 2. Journal of Medical Microbiology. 61 (Pt 9), 1311-1318 (2012).
- Busque, P., Higgins, R., Caya, F., Quessy, S. Immunization of pigs against Streptococcus suis serotype 2 infection using a live avirulent strain. Canadian Journal of Veterinary Research. 61 (4), 275-279 (1997).
- Williams, A. E., Blakemore, W. F. Pathology of Streptococcal meningitis following intravenous intracisternal and natural routes of infection. Neuropathology and Applied Neurobiology. 4 (4), 345-356 (1990).
- Dominguez-Punaro, M. C., et al. Severe cochlear inflammation and vestibular syndrome in an experimental model of Streptococcus suis infection in mice. European Journal of Clinical Microbiology & Infectious Diseases. 31 (9), 2391-2400 (2012).
- Auger, J. P., Fittipaldi, N., Benoit-Biancamano, M. O., Segura, M., Gottschalk, M. Virulence Studies of Different Sequence Types and Geographical Origins of Streptococcus suis Serotype 2 in a Mouse Model of Infection. Pathogens. 5 (3), (2016).
- Chiavolini, D., et al. Method for inducing experimental pneumococcal meningitis in outbred mice. BMC Microbiology. 4, 36 (2004).
- Madsen, L. W., Svensmark, B., Elvestad, K., Jensen, H. E. Otitis interna is a frequent sequela to Streptococcus suis meningitis in pigs. Veterinary Pathology. 38 (2), 190-195 (2001).
- Holden, M. T., et al. Rapid evolution of virulence and drug resistance in the emerging zoonotic pathogen Streptococcus suis. PLoS One. 4 (7), e6072 (2009).
- Dominguez-Punaro Mde, L., et al. In vitro characterization of the microglial inflammatory response to Streptococcus suis, an important emerging zoonotic agent of meningitis. Infection and Immunity. 78 (12), 5074-5085 (2010).
- Hassan, A., et al. Evaluation of different detection methods of biofilm formation in the clinical isolates. Brazilian Journal of Infectious Diseases. 15 (4), 305-311 (2011).
- Vanier, G., et al. New putative virulence factors of Streptococcus suis involved in invasion of porcine brain microvascular endothelial cells. Microbial Pathogenesis. 46 (1), 13-20 (2009).
- Takeuchi, D., et al. The contribution of suilysin to the pathogenesis of Streptococcus suis meningitis. Journal of Infectious Diseases. 209 (10), 1509-1519 (2014).
- Tenenbaum, T., et al. Polar bacterial invasion and translocation of Streptococcus suis across the blood-cerebrospinal fluid barrier in vitro. Cellular Microbiology. 11 (2), 323-336 (2009).
