Aqui nós apresentamos um protocolo para medir a atividade Shigellacidal de anticorpos no soro. Soro é misturado com bactérias e complemento exógeno, incubado, e a mistura de reação é revestida em placas de ágar. Bactérias viáveis formam colônias que são contadas, usando um enumerador de colônia automatizado e usado para determinar a concentração bactericida.
Ensaios bactericidos do soro (SBAs) medem a atividade funcional de anticorpos e têm sido utilizados por muitas décadas. SBAs diretamente medem a atividade de abate de anticorpo avaliando a capacidade de anticorpos no soro para vincular às bactérias e ativar o complemento. Essa ativação do complemento resulta a Lise e a morte da bactéria alvo. Estes ensaios são valiosos porque eles vão além de quantificar a produção de anticorpos para elucidar as funções biológicas que possuem Estes anticorpos, permitindo aos pesquisadores estudar o papel que os anticorpos podem desempenhar na prevenção da infecção. SBAs têm sido usados para estudar as respostas imunes para muitos patógenos humanos, mas não há nenhuma metodologia amplamente aceita para Shigella neste momento. Historicamente, SBAs têm sido muito trabalhosos, que exige muitas etapas demoradas de quantificar com precisão as bactérias sobreviventes. Este protocolo descreve um simples, robusto, e elevado-throughput do ensaio que medidas funcionais de anticorpos específicos para Shigella no soro in vitro. O método descrito aqui oferece muitas vantagens sobre o tradicionais SBAs, incluindo o uso de populações bacterianas congelados, 96 bem ensaio de chapas, sistema de microcultura e automatizado de contagem de colônia. Todas essas modificações fazem este ensaio menos trabalhosa e mais elevado-throughput. Este protocolo é mais simples e rápido de realizar do que tradicional SBAs enquanto ainda estiver usando tecnologias simples e reagentes prontamente disponíveis. O protocolo foi aplicado com sucesso em vários laboratórios independentes e o ensaio é robusto e reprodutível. O ensaio pode ser usado para avaliar as respostas imunes em estudos pré-clínicos, bem como clínicas. Quantificação dos anticorpos shigellacidal, tanto antes como após a exposição de antígeno (seja pela vacinação ou infecção) permite uma compreensão mais ampla do anticorpo como funcional, respostas são geradas e sua contribuição para a imunidade protetora. O desenvolvimento deste padronizado, ensaio bem caracterizado pode facilitar grandemente a projeto de vacina de Shigella .
Sorotipos de Shigella , Shigella flexneri 2a, 3a S. flexneri e S. sonnei, demonstram prevalência epidemiológica globalmente. A doença diarreica causada por estes Shigella espécies impactos militares, viajantes1e é das principais causas de morte diarreica entre crianças menores de 5 anos de idade em países em desenvolvimento2. Existem actualmente não licenciadas vacinas para proteger contra Shigella, no entanto, existem várias vacinas do candidato em vários estágios do desenvolvimento. Muitas dessas vacinas e outras medidas profiláticas, atualmente em desenvolvimento, focar a anticorpos produzidos contra Shigella lipopolissacarídeo (LPS). LPS é um candidato atraente vacina porque é um antigénio de superfície grande e natural infecção por Shigella induz anticorpos LPS-específicos que podem ser protetoras contra re-infecção de forma sorotipo-específica. Portanto, uma vacina bem sucedida de Shigella provavelmente precisará ser multi-valente e alvo 3-4 que sorotipos de Shigella para induzir imunidade contra 70-80% globalmente circulantes de cepas3,4, 5 , 6. isto exige que ensaios para avaliar candidatos vacinais de Shigella seja específica para vários sorotipos diferentes.
Testes imunológicos atuais para avaliar candidatos vacinais focar quantificação dos níveis de anticorpos, mas existem alguns ensaios bem caracterizados para avaliar anticorpos funcionais. A análise da capacidade funcional de anticorpo é importante porque os anticorpos específicos do patógeno são responsáveis pela luta contra a infecção através de vários mecanismos funcionais, incluindo a ligação de antígenos de superfície de bactérias e impedindo a adesão ao e infecção de células epiteliais, visando as células bacterianas ou opsonização e fagocitose e diretamente, matando patógenos pela vinculação e iniciar a cascata do complemento. O abate direto de bactérias por anticorpos ocorre quando anticorpos ligam-se aos componentes de superfície das bactérias alvo e iniciar a cascata do complemento levando à ativação de muitos zymogens, que em última análise, resultam em formação de poros no bacteriano célula que provoca a morte de Lise e bacteriana. Esta matança direta de bactérias por anticorpos e complemento de circulação pode ser uma linha de início crucial de defesa durante a infecção.
Os indivíduos que são naturalmente infectados têm anticorpos com atividade shigellacidal em seus soros. Estes anticorpos específicos Shigella –foram detectados usar tradicional matança mediada por complemento ensaios 7,8. Isto indica que pode haver um papel para anticorpos bactericidos na proteção contra Shigella. Ensaios de bactericida tradicionais são simples na sua execução: soro é inativado por calor (para destruir a atividade endógena complemento) e misturado com as bactérias de interesse. Complemento exógeno é adicionado a esta mistura em uma concentração específica. A mistura de reação é incubada para permitir a morte bacteriana e chapeada então para confirmar as unidades formadoras de Colônia (CFUs). Uma vez CFUs são contados, um índice de morte de 50% (KI) pode ser calculado e uma titulação de SBA determinado. Enquanto esse procedimento é relativamente simples, estes ensaios podem ser trabalhosa e demorada realizar e os resultados podem ser altamente variáveis. Além dessas limitações, existem atualmente não há ensaios funcionais bem caracterizados para Shigella. Portanto, temos com sucesso desenvolvido e qualificado de um ensaio simples, elevado-throughput para medir a atividade bactericida de Shigella por três das estirpes mais clinicamente relevantes9. Este protocolo descreve um SBA com modificações que melhoram a eficiência de ensaio e reprodutibilidade. A primeira destas modificações é o uso de populações bacterianas congelados. A produção de estoques de uso único elimina a necessidade de bactérias fresco de cultura para cada ensaio, também reduzindo a variabilidade de ensaio-para-ensaio. Outro tempo e trabalho salvando a vantagem deste protocolo é o uso de um formato de ensaio de placa de 96 poços. Isto permite serial diluição das amostras para que uma gama de concentrações pode ser testada. Também permite o uso de pipetas multicanais para chapeamento exemplos em pratos de Petri quadrados. Quando estes pratos de Petri quadrados são usados em conjunto com um sistema de cultura que produz microcolônias, é reduzir o número de placas de ágar, necessária para o ensaio. Isto, em combinação com software de contagem de colônia livremente disponível, originalmente desenvolvido para o opsonophagocytic multiplexado pneumocócica matando ensaio (MOPA)10, permite a enumeração de colônia rápido, automatizado e confiável. Todas estas melhorias reduzem significativamente o tempo de ensaio hands-on e criando um sistema de alta produtividade, permitindo múltiplas placas ser executado ao mesmo tempo.
Enquanto este protocolo foi otimizado para três dos serótipos mais clinicamente relevantes de Shigella, a SBA descrito aqui pode ser facilmente aplicado a muitos outros patógenos bacterianos. Além do uso potencial do presente protocolo com outras bactérias, este protocolo tem o potencial para expandir para além de usar apenas o soro como matéria-prima, que pode incluir a análise de anticorpos em outros tipos de amostra relevantes como amostras da mucosa, incluindo a saliva e amostras fecais. O uso deste teste para investigar respostas imunológicas após a vacinação pode dar mais amplo insight respostas imunes gerado pela vacinação levando o projeto racional de vacinas, e ajuda na compreensão da imunidade natural como se desenvolve.
O protocolo descrito aqui demonstra um ensaio imunológico funcional para avaliar a atividade de shigellacidal de anticorpos no soro. No ensaio demonstrado por este protocolo os anticorpos monoclonais específicos para S. flexneri 3a foram usados9 juntamente com soros humanos controle de uma vacina de Shigella anterior estudo11. A origem do soro testado neste ensaio pode variar amplamente de amostras de animais pré-clínicos para amostras clínicas humanas, e a atividade shigellacidal da amostra soro será impactada pelo imunizações e exposições que o indivíduo tem experimentado. Alguns reactividade cruzada pode ser esperada entre serótipos estreitamente relacionados, especificamente, S. flexneri 2a e 3a S. flexneri mas pouca reactividade cruzada tem sido vista em destas tensões em comparação com a S. sonnei9. A base do SBA centra-se na ativação da cascata de complemento por ligação antígeno-anticorpo. Portanto, a manipulação do reagente BRC é um dos muitos passos críticos envolvidos na execução do presente protocolo. BRC foi selecionado para uso neste ensaio por causa de seu desempenho consistente e baixos níveis de NSK em outros ensaios bactericida12,13,14. A atividade de BRC é sensível à temperatura e devem ser tomadas medidas adequadas para garantir que congelar descongelar ciclos são minimizadas, que o BRC é aliquotado em volumes de uso único, e que as alíquotas BRC são descongeladas rapidamente, imediatamente antes do uso no ensaio. A consistência da atividade complementar terá impacto sobre a reprodutibilidade deste teste. Outro passo crítico que a reprodutibilidade do ensaio de impacto é a produção e a diluição das populações bacterianas. É importante que antes de começar o ensaio a diluição adequada de estoques bacterianas é determinado, como o sucesso do ensaio é dependendo da produção consistente de controles A e B ter contagens CFU em média ~ 120 CFU por ponto. Para obter pontos que são contáveis pelo software, também é imperativo que a técnica utilizada para as bactérias da placa é executada com êxito. A deposição da solução bacteriana e inclinação da placa, para que os pontos executados ~ 2-3 cm é crítico para a produção de colônias da distribuição bem tamanho e correta para contagem exata pelo software legal. Dominar todas estas etapas irá garantir que os resultados precisos e consistentes são produzidos por este protocolo
Mesmo quando todos os passos críticos são executados bem pode ainda haver casos onde é necessário modificar ou solucionar este protocolo. Modificações do presente protocolo para avaliar outras bactérias podem exigir otimização da noite LBA placa temperatura de incubação, para assegurar a formação de microcolônias. Outras cepas de bactérias ou anticorpo fontes, além de soro, podem exigir a otimização da concentração do complemento. Valores NSK e KIs de soros de controlo também devem ser monitorizados para assegurar que o ensaio está funcionando adequadamente. NSK não deve subir mais 70%. O KI de controle soros não devem variar mais do que dizer ± 2SD. Para alcançar resultados consistentes e bem sucedidos ao usar este protocolo, será necessário executar todas as etapas conforme descrito aqui, com especial atenção para as etapas críticas descritas acima.
Enquanto este protocolo preenche uma necessidade importante da comunidade de pesquisa de Shigella , não é sem suas limitações. Este protocolo se baseia em materiais biológicos e, portanto, sempre haverá alguma variabilidade que é difícil de controlar. Variações na atividade de complemento de diferentes lotes e fontes podem contribuir para a variabilidade em ensaios. Para atenuar isso, é importante tratar adequadamente o complemento e testar novos lotes de complemento para a atividade antes da compra. Também pode ser útil criar pools de lotes de complemento com actividade conhecida para ter um fornecimento homogêneo. Este protocolo é simples pelo design e não requer qualquer equipamento especializado e a colônia automatizada enumerando software está disponível gratuitamente. Enquanto esta simplicidade é uma vantagem, permitindo que este protocolo deve ser usado em praticamente qualquer laboratório, ele ainda requer uma incubação durante a noite. Ensaios recentes têm sido descritos que tem muita exigência de incubação mais curta, mas que exigem especializada, preparação de reagentes15. Outra limitação deste teste é que, na sua forma atual ele só é capaz de investigar uma única espécie bacteriana, ao mesmo tempo. No campo de Shigella , há um desejo de criar uma vacina polivalente e ter testes imunológicos que podem avaliar a patógenos de forma multiplex é de grande valor. Este ensaio poderia ser modificado no futuro para atender a essa necessidade, mas na sua forma atual, é um ensaio de single-plex.
Enquanto este ensaio tem algumas limitações, ainda tem muitas vantagens sobre os métodos existentes ou alternativos. Estas vantagens incluem muitas melhorias que combinam para fazer a execução desse método, muito menos trabalhosa e mais elevado-throughput do que tradicional SBAs. O uso de populações bacterianas congelados, um formato de ensaio de placa de 96 poços, o chapeamento em pratos de petri quadrados maiores, a coloração das colônias que permite fotografar e colônia-contagem automática, todos ajudam a reduzir os materiais e o tempo necessário para completar este do ensaio. Este ensaio também tem vantagens sobre outros métodos de alta produtividade, porque não exige qualquer reagentes especializados ou equipamento. O protocolo descrito pode ser executado com reagentes básicos e gratuita de software, permitindo a sua aplicação em qualquer ambiente de laboratório.
Todas as vantagens que este protocolo fornece suporta o seu uso em muitas investigações futuras. O ensaio é ideal para o exame das respostas imunes após vacinação ou infecção natural. Esta aplicação permite a SBA ser uma ferramenta valiosa na pesquisa de vacina de Shigella e já foi utilizada para avaliar a imunogenicidade da vacina em vacinas de bio-conjugado de Shigella onde tem demonstrado a capacidade destas vacinas para induzi a produção de anticorpos funcionais16. Este protocolo foi testado extensivamente por vários laboratórios e foi mostrado para produzir resultados confiáveis e reprodutíveis9. Este protocolo também produz resultados comparáveis quando as mesmas amostras são testadas usando outros ensaios bactericida17. A consistência dos dados gerados por este ensaio, e sua compatibilidade com outros métodos mais antigos o torna uma ferramenta robusta para avaliar com precisão a actividade bactericida em amostras de soro. O ensaio também facilmente pode ser adaptado para avaliar os tipos de amostras adicionais. Enquanto o soro está prontamente disponível em ensaios clínicos adultos, pode ser difícil conseguir soro suficiente em ensaios com foco em bebés e crianças pequenas; uma das populações-alvo eventual para vacinas de Shigella . Nestes ensaios, sangue total é rotineiramente coletada em papel de filtro e secas. Tem havido algum sucesso preliminar com este tipo de formato de amostra usando a SBA. Além do sangue total, amostras da mucosa (tais como saliva, extratos de fezes e urina) são também um alvo que é relevante na pesquisa de vacina de Shigella . Atualmente, este protocolo foi avaliado por três dos serótipos mais clinicamente relevantes de Shigella , mas também pode ser adaptado para adicionais Shigella spp, bem como outros patógenos bacterianos. Futuro trabalho incidirá sobre a produção de um ensaio multiplex com muitas das mesmas características como o ensaio descrito por este protocolo. Um ensaio multiplexado permitirá avaliação de vários serótipos de Shigella simultaneamente, conservando mais volumes de amostra e as mãos na hora do ensaio. Há também um trabalho em andamento para transferir este ensaio para laboratórios em todo o globo. Estas avaliações globais irão gerar mais dados para a qualificação o ensaio em uma escala maior de pesquisa, e, ao mesmo tempo aumentar o número de laboratórios de Microbiologia e Imunologia que têm acesso a esta SBA avaliar bactérias e soro amostras coletadas de diferentes locais endêmicos. O ensaio descrito aqui é simples e de alto rendimento e tem a capacidade de melhorar a avaliação imunológica no campo de Shigella , bem como aplicações mais amplas para avaliação de outros patógenos bacterianos.
The authors have nothing to disclose.
Este trabalho foi financiado por uma concessão do caminho de M.H.N. Este estudo foi conduzido como uma cooperativa de pesquisa e desenvolvimento de acordo entre o Walter Reed Army Institute de Research e da Universidade de Alabama em Birmingham.
Gelatin | Sigma | G9391 | Type B, powder, BioReagent, suitable for cell culture |
TTC (2,3,5-Triphenyltetrazolium chloride) | Sigma | T8877 | ≥98.0% (HPLC) |
Sodium azide (NaN3) | Sigma | S2002 | ≥99.5% |
Baby Rabbit Complement | PelFreez | 31061-3 | 3-4 week old |
HBSS with Ca2+/Mg2+ | Invitrogen | 14065-56 | Without Phenol Red |
LB Agar (Lennox) | Sigma | L2897 | Powder microbial growth medium |
Bacto Agar | BD | 214010 | Powdered, (C12H18O9)n |
Glycerol | Sigma | G5516 | For molecular biology, ≥99% |
LB Broth (Lennox) | Sigma | L3022 | Powder microbial growth medium |
Square Petri Dish | Sigma | Z617679-240EA | 120 mm x 120 mm |
Assay Plate | Costar | 3799 | 96 well u-bottom plate with lid |
NICE Software | University of Alabama at Birmingham | ftp://ftp.nist.gov/pub/physics/mlclarke/NICE/ |