Fluorescência métodos de microscopia para determinar a viabilidade de bactérias em associação com células de mamíferos

Há uma interação dinâmica e co-evolução entre as bactérias e os anfitriões em que residem. As bactérias têm evoluído organelos aderência, sistemas de secreção, e / ou a capacidade de produzir toxinas que permitem a infecção produtiva de fagocítica hospedeiro e as células não fagocíticas. As bactérias também devem lidar com o reconhecimento e actividade antimicrobiana do sistema imune do hospedeiro. O sistema imune do hospedeiro é constituído por componentes inatos e adaptativos incluindo barreiras físicas e químicas, as células do sistema imunológico, o sistema do complemento, e outros componentes da imunidade humoral. Enquanto muitas bactérias são suscetíveis a morte eo afastamento por parte do anfitrião resposta imune de várias camadas, algumas bactérias patogênicas e oportunistas desenvolveram mecanismos para infectar uma variedade de células hospedeiras e subvertem alívio da resposta imune hospedeiro ^1. Neisseria gonorrhoeae é um exemplo de um patógeno bacteriano que está altamente adaptada para persistir no hospedeiro humano. N. gonorrhoeae prontamente coloniza as superfícies luminais de células epiteliais da mucosa do tracto urogenital, da faringe, da conjuntiva, e recto. Colonização desencadeia o recrutamento abundante de neutrófilos nos locais de mucosas. Os neutrófilos são fagócitos profissionais que possuem uma variedade de processos antimicrobianos para matar microrganismos, no entanto, N. gonorrhoeae é capaz de sobreviver na presença de neutrófilos ^2-5. Compreender como bactérias patogênicas, como N. gonorrhoeae subverter, suprimir, e sequestrar a resposta imune para sobreviver em última análise, em ambientes de host normalmente hostis é crucial para o desenvolvimento de novas terapias para o combate a doenças infecciosas.

Protocolos experimentais muitas vezes utilizados para investigar a sobrevivência bacteriana em células hospedeiras incluem ensaios de contagem de colônia, ensaios de proteção gentamicina, e microscopia eletrônica. Em ensaios de contagem de colónia, uma população de células infectadas é lisadas (por exemplo, com um detergente para which as bactérias são resistentes) para libertar as bactérias. Os lisados ​​são diluídas e plaqueadas em meio à base de agar, e as unidades formadoras de colónias nos lisados ​​são enumerados para cada ponto de tempo e / ou condição experimental. Esta abordagem relata a viabilidade de toda a população de bactérias, mas não é capaz de diferenciar entre a sobrevivência intracelular e extracelular. Uma variação no ensaio de contagem de colónia, o ensaio de protecção de gentamicina, mede especificamente a sobrevivência bacteriana intracelular, com base na incapacidade do antibiótico gentamicina para atravessar a membrana plasmática eucariótica ^6. No entanto, este ensaio é dependente das bactérias que são susceptíveis à morte por gentamicina (ou outro antibiótico que é semelhante eucariótica membrana impermeabilizante) e a incapacidade de o antibiótico para ter acesso às bactérias internos. Portanto, um ensaio de proteção gentamicina pode não ser eficaz para o exame de todas as espécies bacterianas ou ao examinar a sobrevivência bacteriana em altacélulas pinocytic tais como neutrófilos. Nenhuma destas abordagens revela a localização subcelular ou outro comportamento de bactérias individuais (por exemplo, se as bactérias formam agregados ou microcolônias que se comportam de forma diferente a partir de células bacterianas individuais). Outra abordagem frequentemente usado para examinar a viabilidade das bactérias externas e internas individuais é de secção fina de microscopia electrónica de transmissão (TEM). Esta abordagem é vantajosa na medida em que pode fornecer informação sobre a localização das bactérias nas células do hospedeiro (por exemplo, fagossoma, citoplasma, autophagosome), que pode continuar a ser investigada por microscopia imunoelectrónica com anticorpos acoplados a ouro contra marcadores subcelulares. No entanto, a microscopia eletrônica não é especialmente sensível a avaliação da viabilidade bacteriana. Quando seções embutidos são corados com acetato de uranila, citrato de chumbo, ou outros reagentes de elétron-densas e fotografada por microscopia eletrônica, as bactérias elétron-densas são considerados viáveis ​​e electron-Lucent inviável ^7,8. No entanto, esta hipótese superestima viabilidade bacteriana, uma vez que apenas as bactérias mortas com membranas severamente interrompidas e desprovido de citoplasma aparecem elétron-Lucent. Além disso, algumas espécies bacterianas podem exibir uma gama de densidades de electrões de acordo com a sua fase de crescimento, o que torna difícil determinar a viabilidade.

Como uma alternativa ou em adição a estes métodos amplamente utilizados, aqui podemos fornecer protocolos e racional para a utilização de corantes fluorescentes que indicam a viabilidade bacteriana para avaliar a sobrevivência de bactérias aderidas para e internalizados pelas células hospedeiras. Para identificar as bactérias extracelulares, as células infectadas são primeiro expostas a um reagente fluorescente, tal como uma lectina ou anticorpo de bactérias específicas. As células infectadas são então permeabilizadas e expostos a corantes específicos de DNA que são diferencialmente acessíveis às bactérias com membranas intactas versus degradados, como um substituto para a viabilidade bacteriana. No primeiro protocolo, a membrana permeável SYTO9 corante identifica a população bacteriana total, enquanto iodeto de propídio é acessível apenas para as bactérias que comprometeram membranas e são, portanto, consideradas inviáveis. Iodeto de propídio e SYTO9 têm sido utilizados para avaliar a viabilidade de bactérias em biofilmes, discriminar patogênica de bactérias não patogênicas, e enumerar bactérias viáveis ​​transmitidas pela água ^9-12. No segundo protocolo, 4 ', 6'-diamidino-2-phenylindole (DAPI) identifica bactérias totais, enquanto SYTOX Verde só é acessível à população inviável. Estes pares de corantes de viabilidade pode ser combinada com a imunofluorescência para determinar a localização de cada bactéria em relação a uma proteína de interesse, por exemplo, para definir a localização subcelular bacteriana. A utilização destes testes proporciona uma visão chave nas interacções que resultam em sobrevivência ou morte bacteriana durante a infecção das células hospedeiras. Os protocolos descritos neste artigo foi utilizado para avaliar a viabilidade deN. gonorrhoeae que é anexado ao e dentro de neutrófilos humanos primários, incluindo em diferentes populações de neutrófilos phagosomes ^5,13,14. No entanto, estes protocolos podem ser aplicados para avaliar a viabilidade das bactérias gram-positivas e gram-negativas em fagócitos profissionais, os fagócitos não profissionais, e protozoários ^15-24.