WinCF Modeli - Bir Mukus bir Ucuz ve Çekilebilir Microcosm Akciğer İnfeksiyonları Mikrobiyoloji Eğitim için bronşiole Takıldı
Summary
mukus kistik fibrozis solunum yolları (CF) hastalarının mikrobiyal patojenler gelişmek için ideal bir ortam vardır takılı. el yazması onlar kimyasal koşulların hastalığı ve nasıl değişikliklere neden taklit mikrobiyal dinamikleri harekete geçirebilir bir ortamda CF akciğer mikrobiyomu eğitimi için yeni bir yöntem tarif eder.
Abstract
Birçok kronik hava yolu hastalığı, mukusun solunum yollarının tıkanmasına neden olur. Kistik fibrozlu bir bireyin akciğerleri mukus takılan bronşiollerin mikrobiyal kolonizasyon için uygun bir yaşam alanı oluşturduğu örnek bir durumdur. Çeşitli patojenler bu ortamda birbirleriyle etkileşime girerek ve KF hastalığına bağlı belirtilerin çoğunu çekerler. Herhangi bir mikrobik toplumda olduğu gibi, yaşam alanlarının kimyasal koşulları toplum yapısı ve dinamikleri üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Örneğin, farklı mikroorganizmalar farklı oksijen seviyeleri veya diğer çözünen konsantrasyonlarda gelişirler. Bu durum, oksijen konsantrasyonlarının topluluk fizyolojisi ve yapısını yönlendirdiği düşünülen CF akciğerinde de geçerlidir. Burada açıklanan yöntemler, akciğer çevresini taklit etmek ve patojenlere hastalığa neden olduklarına benzer şekilde büyürler. Bu mikropların kimyasal çevrelerinin manipülasyonu daha sonra kimyasalın nasıl çalıştığını incelemek için kullanılırAkciğer enfeksiyonları stry onun mikrobiyal ekoloji yönetir. yöntem WinCF sistemi olarak, suni balgam orta ve mukus takılı bronşiyollerde var olan benzer bir oksijen gradyanı sağlamak amaçlı dar kılcal tüpler dayanır. , balgam veya antibiyotik basınç ortam pH gibi kimyasal koşullar, Manipulating, bu örneklerde mikrobiyolojik farklılıklar, renkli göstergeler kullanılarak gaz veya biyofilm üretimi için takip içerir, veya çıkarılan ve her bir numunenin nükleik asit içeriği dizilenmesi olarak gösterebilir.
Introduction
Bu yazıda tarif edilen yöntem WinCF sistemi 1 olarak adlandırılır. WinCF genel amacı, mukus doldurulmuş akciğer bronşiyollerde ortamı simüle edebilen bir deney düzeneği sağlamaktır. Bir uysal sistemi kistik fibroz (CF), kronik obstrüktif akciğer hastalığı (COPD), astım ve diğerleri dahil olmak üzere, bir mukus aşırı salgılanması fenotip ile akciğer hastalıklarının mikrobiyal patojenleri çalışma Bu sağlayacaktır. Prosedür akciğer salgıları sonunda mukus 2 bronşiyolleri ve diğer küçük geçiş yolu doldurma temizlemek için kalın ve sert hale gelmesine neden mutasyon ile karakterize edilir CF çalışma için özel olarak tasarlanmıştır. Solunan hava artık birçok Alveollere ulaşmak ve de bakteri kolonizasyonu 3, 4 bir yaşam alanı sağlamak mümkün olduğu için akciğerde Bu tür blokajlar gaz değişimi önler. yetersizlik mikrobiyal büyümeyi önlemek içinAşırı akciğer mukusu sonunda hava yolu kompleksinde kronik enfeksiyonlara neden olur. Bu topluluklar virüsleri, mantarları ve Pseudomonas aeruginosa gibi bakterileri de içeren çeşitli organizmaları içerir; bunların hepsi birbirleriyle etkileşime girer 5 , 6 , 7 , 8 . CF akciğer mikrobiyomunun etkinliğinin pulmoner alevlenmeler 1 , 9 , 10 , 11 denilen belirtilerin alevlenmesine karıştığı düşünülmektedir. WinCF, bu alevlenmelerin etrafındaki mikrobik toplum davranışının incelenmesini sağlar ve şimdi akciğer mikrobik ekolojisini incelemek için bir temel deney sistemi olarak işlev görmek üzere genişletilmektedir. Geleneksel olarak, alevlenmeler akciğerden alınan örneklerin doğrudan analizi ile incelenmiştir. Birçok karıştırıcı faktör mikrobik b'nin doğrudan analizini yaparWinCF sistemi ile akciğerlerde davranış, bu faktörlerin birçoğu kaldırılır ve akciğer mikrobiyesinin davranışı, mukus takılı bronşiolde bakteri aktivitesinin daha ince analizine izin verilerek daha doğrudan incelenebilir.
WinCF sistemi, bakterileri akciğer ortamını etkili şekilde taklit edecek şekilde büyütmek ve analiz etmek için bir yöntem sağlar. Akciğer bakterilerini büyütmek için geleneksel yöntemler genellikle geleneksel agar plakalarına kültür örnekleri vermeyi gerektirir. Bu yöntemler, örnekleri atmosferik oksijene açık bırakarak, mukus ile tıkanan akciğer bronşiollerinde bulunan hipoksik ve çoğunlukla anoksik koşulları hesaba katmayı ihmal eder 12,13. Agar üzerinde aerobik koşullar altında kültür yapılması, CF akciğerinin ortamı gibi bir şey değildir ve klinisyenleri ve araştırmacıları, tedavi etmeye çalıştıkları patojenlerle ilgili yanıltabilir. Ek olarak, bakteri plağı üzerindeki bakterilerin besin maddeleriYapay balgam ortamı (ASM) kullanılarak WinCF'de hesaplanan gerçek balgamda bulunanlardan farklıdır. Sriramulu ve diğerlerinde Pseudomonas kültürleri tarafından gösterildiği gibi ; 14 , ASM, balgam mikropları için mevcut olan kaynakları taklit eden ve balgamın fiziksel tutarlılığını çoğaltan spesifik bir bileşen seti içerir. Hastalıklı bir akciğerin spesifik bir mikrobiyomu olduğu için, bu tür mikroorganizmaların çalışılması ideal olarak akciğerin spesifik koşullarında gerçekleşmelidir.
WinCF sistemi, gerçek bir akciğer bronşiolünde görüleceği gibi mikrobiyal değişiklikleri izlemek için hızlı analiz ve deney koşullarının kolay manipüle edilmesini sağlar. Bu teknik, balgam, tükrük, diğer vücut salgıları ve saf veya karışık bakteri kültürleri gibi sayısız ilgili örnek türlerinin aşılanmasına izin verir. Deney düzeneğinin doğası, derhal görsel olarak yorumlanmasına izin verir.mikrobiyal topluluk davranışı ve mikrobiyolojik ve omik prosedürlerin çok sayıda kolay mansap uygulamasını sağlamak için tasarlanmıştır. Böyle çalışmalar çevreleriyle fizikokimyasal şartlara bağlı olarak bakteriyel topluluk bileşim değişikliği nedeniyle önemlidir. ortamın kimyasal koşullar bakteriyel aktivite üzerinde etkilerini analiz etmek için manipüle edilebilir WinCF ile. Örneğin, ortamın asitliği bir numune ile aşılama öncesinde değiştirilebilir. İnkübasyondan sonra, bu durumların her bakteriyel aktivitesi direkt karşılaştırılabilir ve sonuçlar bu balgam numunelerinde bakteri değişen pH karşılık olarak hareket hakkında çizilebilir. Burada, WinCF sistemi ve medya kimyası akciğer mikrobiyomu üzerindeki etkilerini incelemek için manipüle edilebilir nasıl örneklerini uygulamak için prosedürleri özetlemektedir.
Protocol
Representative Results
Discussion
CF ile akciğerin mikrobiyolojik yapısı, çok çeşitli organizmalar içerir, ancak akciğerdeki koşullar, muhtemelen hangi tür mikropların hayatta kalabileceği ve gelişebileceği üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilir 13,15. Bu koşulların değiştiği belirli mekanizmalar ve akciğer mikrobiyomu üzerindeki tam etkileri şu andan itibaren genellikle belirsizdir. Bu deneysel yöntemde, simüle edilmiş bir akciğer bronşiolündeki manipüle edilen kimyasal koşullara dayalı mikrobiyolojik değişiklikler…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar fon hibe 1 U01 AI124316-01, çoklu ilaca dirençli patojenlerin tedavisinde bir sistem biyolojisi yaklaşımı için R. Quinn ve NIH / NIAID finansmanı için Vertex Pharmaceuticals ve Kistik Fibrozis Araştırma Yenilik Ödülü kabul etmek istiyorum. Biz de bu işin mühendislik yönleri ile işbirliğinin kolaylaştırılması için UCSD'nin lisans makine mühendisliği üst düzey tasarım sahasında Makine ve Uzay Mühendisliği Bölümü teşekkür etmek istiyorum.
Materials
| Color-Coded Capillary Tubes | Fisher Scientific | 22-260943 | |
| Cha-seal Tube Sealing Compound | Kimble-Chase | 43510 | |
| Mucin from porcine stomach | Sigma | M1778 | |
| Ferritin, cationized from horse spleen | Sigma | F7879 | |
| Salmon sperm DNA Sodium salt (sonified) | AppliChem Panreac | A2159 | |
| MEM Nonessential Amino Acids | Corning cellgro | 25-025-CI | |
| MEM Amino Acids | Cellgro | 25-030-CI | |
| Egg Yolk Emulsion, 50% | Dalynn Biologicals | VE30-100 | |
| Potassium Chloride | Fisher Scientific | P2157500 | |
| Sodium Chloride | Fisher Scientific | S271500 | |
| 15mL centriguge tubes with Printed Graduations and Flat Caps | VWR | 89039-666 | |
| 50mL centrifuge tubes with Printed Graduations and Flat Caps | VWR | 89039-656 | |
| 1.5mL microcentrifuge tubes | Corning | MCT-150-R | |
| 2.0mL microcentrifuge tubes | Corning | MCT-200-C |
References
- Quinn, R. A., et al. A Winogradsky-based culture system shows an association between microbial fermentation and cystic fibrosis exacerbation. ISME J . 9, 1024-1038 (2015).
- Quinton, P. M. Cystic fibrosis: impaired bicarbonate secretion and mucoviscidosis. Lancet. 372 (9636), 415-417 (2008).
- Harrison, F. Microbial ecology of the cystic fibrosis lung. Microbiology. 153 (Pt 4), 917-923 (2007).
- Caverly, L. J., Zhao, J., LiPuma, J. J. Cystic fibrosis lung microbiome: Opportunities to reconsider management of airway infection. Pediatr pulmonol. 50, S31-S38 (2015).
- Blainey, P. C., Milla, C. E., Cornfield, D. N., Quake, S. R. Quantitative analysis of the human airway microbial ecology reveals a pervasive signature for cystic fibrosis. Sci Transl Med. 4 (153), 153ra130 (2012).
- Willner, D., et al. Spatial distribution of microbial communities in the cystic fibrosis lung. ISME J. 6 (2), 471-474 (2012).
- Delhaes, L., et al. The airway microbiota in cystic fibrosis: a complex fungal and bacterial community–implications for therapeutic management. PloS one. 7 (4), e36313 (2012).
- Rogers, G. B., et al. D. Bacterial diversity in cases of lung infection in cystic fibrosis patients: 16S ribosomal DNA (rDNA) length heterogeneity PCR and 16S rDNA terminal restriction fragment length polymorphism profiling. J clin microbiol. 41 (8), 3548-3558 (2003).
- Stenbit, A. E., Flume, P. A. Pulmonary exacerbations in cystic fibrosis. Curr Opin Pulm Med. 17 (6), 442-447 (2011).
- Twomey, K. B., et al. Microbiota and metabolite profiling reveal specific alterations in bacterial community structure and environment in the cystic fibrosis airway during exacerbation. PloS one. 8 (12), e82432 (2013).
- Carmody, L. A., et al. Changes in cystic fibrosis airway microbiota at pulmonary exacerbation. Ann. Am. Thorac. Soc. 10 (3), 179-187 (2013).
- Worlitzsch, D., et al. Effects of reduced mucus oxygen concentration in airway Pseudomonas infections of cystic fibrosis patients. J. Clin. Invest. 109 (3), 317-325 (2002).
- Cowley, E. S., Kopf, S. H., LaRiviere, A., Ziebis, W., Newman, D. K. Pediatric Cystic Fibrosis Sputum Can Be Chemically Dynamic, Anoxic, and Extremely Reduced Due to Hydrogen Sulfide Formation. mBio. 6 (4), e00767-e00715 (2015).
- Sriramulu, D. D., Lünsdorf, H., Lam, J. S., Römling, U. Microcolony formation: a novel biofilm model of Pseudomonas aeruginosa for the cystic fibrosis lung. J. Med. Microbiol. 54 (Pt 7), 667-676 (2005).
- Quinn, R. A., et al. Biogeochemical forces shape the composition and physiology of polymicrobial communities in the cystic fibrosis lung. mBio. 5 (2), (2014).
