Een fluorescentie gebaseerde methode om te studeren van bacteriële genregulatie in geïnfecteerde weefsels

Bacteriën reageren op de veranderende fysiologische omstandigheden en veranderingen in de voeding van hun omgeving door het differentieel uiten genen nodig voor aanpassing en overleving. Bijvoorbeeld, koloniseren opportunistische pathogenen lichaam oppervlakken op relatief lage dichtheden, en zijn vaak onschuldig. Echter, zodra de bacterie doorgedrongen de fysische en chemische belemmeringen tot is, moet het kampen met host immuun cel contra verdedigingen en beperkte beschikbaarheid van nutriënten¹. Als voorbeeld, Staphylococcus aureus koloniseert ongeveer eenderde van de bevolking asymptomatically, maar is ook de oorzaak van de verwoestende huid en weke delen infecties, osteomyelitis, endocarditis en bacteriëmie². Het succes van S. aureus als een ziekteverwekker wordt vaak toegeschreven aan de metabole flexibiliteit, alsmede een arsenaal van oppervlak-geassocieerde en secreted virulentiefactoren waarmee de bacterie te ontsnappen van de bloedbaan en repliceren in perifere weefsels ^3,4,5. Omdat host overlijden ten gevolge van Staphylococcus ziekte een evolutionaire doodlopende en grenzen overbrenging op nieuwe hosts^{6 is}, moet het streven naar virulentie factor productie zorgvuldig worden gecontroleerd.

Een complexe regelgeving netwerk van eiwitten en niet-coderende RNAs reageert op een verscheidenheid van milieu stimuli, met inbegrip van cel dichtheid, groeifase neutrofiele-geassocieerde factoren en nutriënten beschikbaarheid, om ervoor te zorgen dat virulentiegenen worden uitgedrukt in de precieze tijd en locatie in gastheer weefsel^{7,8,9,10,11,12,13}. Bijvoorbeeld, regelt de SaeR/S 2-componenten systeem (TCS) expressie van verschillende virulentiefactoren via de sensor kinase (SaeS) en de reactie regulator (SaeR)¹⁴. SaeS is autophosphorylated op een residu van de geconserveerde histidine in reactie op host signalen (b.v., menselijke neutrofiele peptiden [HNPs], calprotectin)^8,15,16. De fosforyl-groep wordt vervolgens overgebracht naar een aspartaat residu op SaeR, activeren als een DNA-bindend-proteïne (SaeR ~ P)¹⁷. De SaeR/S TCS regelt meer dan 20 genen die bijdragen aan de pathogenese waaronder fibronectine bindende proteïnen (FnBPs), leukocidins en coagulase^14,18,19,20. Doelstellingen kunnen worden ingedeeld in hoge-affiniteit en lage-affiniteit gene doelstellingen, die waarschijnlijk veroorzaakt als het niveau van de SaeR ~ P stijgt wanneer blootgesteld aan haar signalen²¹. De SaeR/S activiteit wordt beheerd door andere regelgevers van genexpressie zoals de Agr quorum sensing systeem, onderdrukker van toxines eiwitten (Rot), en de alternatieve sigma factor B (SigB)^22,23,24.

NOC is een Sae-afhankelijke virulentie gen in Staphylococcus aureus en codeert thermonuclease (NOC), die essentieel is voor het ontsnappen uit neutrophilic extracellular traps (netten) en voor verspreiding tijdens de cursus van infectie^25,26. De uitdrukking van NOC is ook sterk indirect onderdrukt door CodY in aanwezigheid van vertakte-keten aminozuren en GTP²⁷, en direct onderdrukt door de Staphylococcus accessoire regelgever proteïne SarA^28,29 , waarvan de activiteit wordt beïnvloed door zuurstof (redox staat) en pH³⁰. Gezien het feit dat sae en NOC mutanten zijn verzwakt in muismodellen van infectie, is er interesse in de ontwikkeling van chemische interventies die een remmende werking van hun overeenkomstige activiteiten^26,31. Ondanks dit is er geen informatie met betrekking tot hun verordening tijdens de infectie.

Fluorescerende verslaggevers werden gebruikt om te controleren en te kwantificeren van genexpressie op het niveau van één cel. Hierin presenteren wij een methode voor de kwantificering van S. aureus genexpressie gedurende infectie die, wanneer in paren gerangschikt met in vitro transcriptome analyse en krachtige imaging technieken zoals magnetische resonantie beeldvorming (MRI) en magnetische resonantie spectroscopie (MRS), kan onthullen hoe bacteriële Fysiologie is geregeld in vivo en de relatieve abundanties van voedingsstoffen in bepaalde niches. De methode kan worden toegepast op eventuele bacteriële pathogenen met een hanteerbare genetische systeem.

Overzicht van het genoom integratieve vector.

Het genoom integratieve vector pRB4 bevat 500 basenparen elk van de upstream- en downstream regio’s van de S. aureus USA300 SAUSA300_0087 pseudogene te vergemakkelijken van homologe recombinatie. pRB4 is afgeleid van de temperatuurgevoelige pMAD vector ruggengraat met de erythromycine weerstand cassette (ermC) en de thermostable beta-galactosidase gene bgaB voor blauw/wit screening van recombinanten³². De gemanipuleerde verslaggever construct bevat ook een chlooramfenicol weerstand marker (kat) voor selectie na genoom integratie en uitbanning van de plasmide, evenals EcoRI en SmaI sites om te fuseren de regelgevende regio van belang zijn voor superfolder groen fluorescente proteïne (sGFP) (Figuur 1). Het is bekend dat de keuze van ribosoom bindende site (RBS) de activiteit van de verslaggever beïnvloedt, en vaak empirische optimalisatie^{33 vereist}. Dus, een RBS wordt niet geleverd. Hier is de inheemse ribosoom bindende site wordt gebruikt om te voorzien in een meer natuurlijke patroon van genexpressie, maar andere sites mogen worden gebruikt.