הפרוטוקול מציג מודל עכברי של התיישבות נרתיקית עם חיידקי נרתיק אנושיים בתרבית אנאירובית. אנו מתמקדים ב- Gardnerella vaginalis, תוך הכללת הצעות עבור Prevotella bivia ו – Fusobacterium nucleatum. פרוטוקול זה יכול לשמש גם כמדריך לחיסונים וגינליים והתאוששות בת קיימא של חיידקים אחרים שגדלו באנאירוב.
נרתיק היונקים יכול להיות מאוכלס על ידי טקסי חיידקים רבים. מיקרוביום הנרתיק האנושי נשלט לעתים קרובות על ידי מיני לקטובצילוס , אך אחת מכל ארבע נשים חווה וגינוזיס חיידקי, שבו רמה נמוכה של לקטובצילוס מלווה בצמיחת יתר של חיידקים אנאירוביים מגוונים. מצב זה נקשר לסיבוכים בריאותיים רבים, כולל סיכונים לבריאות הרבייה והמין. בעוד שישנן עדויות הולכות וגדלות המראות את האופי המורכב של אינטראקציות מיקרוביאליות בבריאות הנרתיק האנושי, התפקידים האישיים של חיידקים אנאירוביים שונים אלה אינם מובנים במלואם. זה מסובך בגלל היעדר מודלים מתאימים לחקר חיידקים וגינליים שגדלו אנאירובית. מודלים של עכברים מאפשרים לנו לחקור את הביולוגיה והארסיות של אורגניזמים אלה in vivo. מודלים עכבריים אחרים של חיסון חיידקי בנרתיק תוארו בעבר. במאמר זה אנו מתארים שיטות לחיסון חיידקים שגודלו באופן אנאירובי והחלמתם המעשית בעכברי C57Bl/6 שגודלו באופן קונבנציונלי. מתוארת גם שיטה פרוצדורלית חדשה, פחות מלחיצה, לחיסון נרתיקי ושטיפת הנרתיק. חיסון והתאוששות קיימא של Gardnerella מתוארים בפירוט, ואסטרטגיות עבור anaerobes נוספים כגון Prevotella bivia ו Fusobacterium nucleatum נדונים.
אצל יונקים, הנרתיק הוא ביתם של קונסורציום של מיני חיידקים. המיקרוביום של הנרתיק האנושי ייחודי בקרב יונקים בשפע של בני הסוג לקטובצילוס וב-pH נמוך בנרתיק (3.8-4.5)1,2,3,4. הפרעה בדומיננטיות זו של לקטובצילוס נקשרת למגוון תוצאות בריאותיות שליליות.
בוגינוזיס חיידקי (BV) יש פחות לקטובצילוס ושפע מוגבר של חיידקים אנאירוביים מגוונים, כגון Gardnerella vaginalis ו- Prevotella bivia 5,6. נשים עם כ”ד נמצאות בסיכון מוגבר לזיהומים המועברים במגע מיני 7,8,9, פוריות 10, הפסדי הריון 11, לידה מוקדמת 12,13,14, זיהומים תוך רחמיים 15, זיהומים בצוואר הרחם 16 וסרטן16,17,18 . BV קשורה גם לסבירות גבוהה יותר של התיישבות נרתיקית על ידי חיידקים פתוגניים פוטנציאליים, כגון Fusobacterium nucleatum 1,19,20, מבודד נפוץ מזיהומי מי שפיר 21.
בשל חשיבותם של חיידקים אנאירוביים בבריאות הנרתיק האנושי, יש צורך במודלים של בעלי חיים שניתן להשתמש בהם כדי לחקור את הביולוגיה והפתוגנזה של אורגניזמים אלה. במאמר זה, אנו מתארים שיטות לחיסון נרתיקי והתאוששות בת קיימא של Gardnerella vaginalis בעכברים אסטרוגניים ומציעים אסטרטגיות נוספות עבור Prevotella bivia ו – Fusobacterium nucleatum. מודלים אחרים של התיישבות נרתיקית מורין תוארו בעבר, אך אלה התמקדו בחיסון והחלמה של חיידקים אנאירוביים פקולטטיביים כגון סטרפטוקוקוס22 מקבוצה B ו- Neisseria gonorrhoeae23 שגודלו בתרבית אירובית. חיסון והתאוששות של אנאירובים מחייבים ניתן להשיג בהצלחה עם אסטרטגיות ניסוי מתאימות. אנו דנים בגישות להתאוששות בת-קיימא של מספר טקסי חיידקים ומציעים הערכה אמפירית של התנאים לכדאיות של מינים/זנים נוספים בעלי עניין.
השיטה הקלאסית להערכת התיישבות על ידי חיידקים חיים היא התאוששות של יחידות יוצרות מושבה (CFU). בעכברים שגודלו באופן קונבנציונלי עם מיקרוביוטה אנדוגנית משלהם, זה דורש התאוששות על מצע אגר שבוחר נגד חברי המיקרוביוטה הנרתיקית האנדוגנית תוך מתן אפשרות לזן החיידקים המחוסן לגדול. כאן, אנו משתמשים במבודד עמיד לסטרפטומיצין של G. vaginalis24 שניתן לשחזר באופן סלקטיבי על מדיום אגר המכיל סטרפטומיצין. כדי להבטיח שהמדיום סלקטיבי מספיק, ולהפך, שחיידקים עמידים לסטרפטומיצין אינם נמצאים במיקרוביום האנדוגני, יש לצפות שטיפות נרתיקיות שנאספו ממש לפני החיסון על אגר סלקטיבי (המכיל סטרפטומיצין).
השיטה הטובה ביותר להכנת חיסונים עשויה להשתנות בין מינים וזנים של חיידקים. לפני תחילת הניסויים בעכברים, יש לבצע עבודה מקדימה כדי לקבוע תנאים מועדפים למדיום התרבית, לנקודת הקצה של הצמיחה ולהכנת החיסון, כמו גם את הרגישות לחמצן ואת הכדאיות ב- PBS. במקרה של חיידקים רגישים יותר לחמצן, ניתן לשקול תכשירים חלופיים של החיסון (למשל, במדיום תרבית אנאירובית עם קבוצת ביקורת מתאימה ברכב)25,26.
הדרך המשמעותית ביותר שבה שונה המודל המתואר כאן ממודלים של חיסון נרתיקי שפורסמו בעבר היא השימוש בחיידקים בתרבית אנאירובית, הדורשים שיקולים מיוחדים להכנת חיסון בר קיימא ולהתאוששות חיידקים מהעכברים. שלבים ספציפיים בפרוטוקול לעיל עשויים להשתנות מעט בהתאם למין/זן החיידקים שבהם נעשה שימוש, כפי שמוצע בקובץ משלים 1. בנוסף, כתב יד זה מתאר שיטה פרוצדורלית חדשה למתן חיידקים ושטיפות נרתיקיות, הדורשת פחות ניסיון מצד החוקר ופחות ריסון מצד העכברים. אם הנסיין אינו חש בנוח עם צורת האיפוק המתוארת בשלב 3.2. ושלב 3.3., ניתן במקום זאת לקשקש את העכברים כפי שתואר קודם לכן34 עם או בלי הרדמה בהתאם לתכנון הניסוי ולהנחיות IACUC המוסדיות.
אזהרה חשובה לשימוש בחיידקים בתרבית אנאירובית במודלים של מורין היא שצעדים מסוימים (כמו כל אלה המערבים בעלי חיים חיים) חייבים להיעשות מחוץ לתא האנאירובי. לכן, השלבים הקריטיים ביותר בפרוטוקול זה הם אלה שבהם החיידקים המעניינים ייחשפו לסביבה אירובית, כגון במהלך חיסון העכברים. השימוש בכל אנאירוב חדש במודל זה ידרוש חקירה ראשונית של יכולתו לשמור על כדאיותו בעת חשיפה לחמצן (כגון השוואה בין CFUs לפני ואחרי החיסון כמתואר בשלב 2.5 ושלב 3.4). בהתאם למידת החמצן והרגישות PBS של האורגניזם, יש לשקול שיטות שונות להכנת חיסונים (קובץ משלים 1, שלב 2.4.5). עבור חיסונים באמצעות G. vaginalis JCP8151B, מצאנו כי ניתן להכין צינורית אחת של חיסון ב- PBS ולהשתמש בה כדי להדביק את כל העכברים. אם נעשה שימוש בחיידק אנאירובי אחר הרגיש יותר לחמצן, ניתן במקום זאת להכין את החיסון בצינורות נפרדים לכל עכבר, כך שלא יהיה צורך בפתיחה/סגירה חוזרת של הצינור. כמו כן, אם זן החיידקים המעניין הוא יותר קפדני / פחות מסוגל לשרוד PBS מאשר G. vaginalis, החיסון יכול להיות מוכן במקום זאת במדיה תרבית. אם המדיום המשמש מכיל חומרים מחזרים, כגון מדיום ה- CDC anaerobe המשמש לתרבית Prevotella bivia (קובץ משלים 1, שלב 2.1. ושלב 2.2.), אז לחיידקים תהיה גם הגנה מוגברת מפני חשיפה לחמצן.
ניתן לשקול גם שיטות חלופיות להומוגניזציה, כגון מכות חרוזים22,35, אשר נעשה עם מכסה הצינור סגור ועשוי, לכן, להכניס פחות חמצן מאשר הומוגנייזר כף יד. בנוסף, אורגניזמים רגישים יותר לחמצן עשויים לדרוש זמן שיווי משקל ארוך יותר עבור מדיה. מחוון חמצן כגון resazurin יכול לשמש כדי לבדוק כי תנאים אנאירוביים הגיעו (שלב 2.1). שיטות חלופיות כגון צנצנות אנאירוביות עשויות להשפיע על התוצאות ויש לבדוק את כדאיות החיידקים לפני השימוש.
הרגישות לחמצן והקפדנות של אורגניזם הניסוי עשויות גם לשחק תפקיד בהתאוששות מוצלחת של חיידקים בני קיימא מהעכבר במהלך שטיפה/הומוגניזציה (קובץ משלים 1, שלב 3.2 ושלב 5.1). עבור אורגניזמים רגישים מאוד, הזמן בין לקיחת השטיפה לבין הציפוי עלול להוביל לאובדן הכדאיות ולגרום לאומדן נמוך באופן מלאכותי של התיישבות חיידקים בנרתיק. כדי למתן השפעה זו, ניתן לדלל מיד שטיפות שנאספו למדיה תרבית אנאירובית טרייה (עם חומר מפחית). באופן דומה, הומוגניזציה של איברים יכולה להיעשות במדיה תרבית טרייה ולא PBS כדי להגביר את הכדאיות החיידקית, וניתן לעשות זאת גם בתא האנאירובי עצמו כדי למזער את החשיפה לחמצן.
בהתאם למטרה של ניסוי נתון, הנסיין חייב לשים לב לקבוצות ביקורת. כדי לבחון השערות, מדדים בסיסיים של עכברי ביקורת לא נגועים שמטופלים בדחיקה ברכב בלבד יסייעו לקבוע אם יש אינדוקציה של כימוקינים/ציטוקינים או תוצאות ספציפיות אחרות של זיהום. רכב הבקרה המשמש חייב להיות זהה לרכב המשמש לחיסון, כך שאם החיידקים מחוסנים באמצעי תרבית, אזי יש להשתמש באמצעי תרבית לא מחוסנים כבקרה (קובץ משלים 1, שלב 2.4.5).
השיטות המתוארות בפרוטוקול זה יכולות להיות מיושמות גם על חיידקים פקולטטיביים המסוגלים לגדול באופן אנאירובי אך נחקרים באופן מסורתי באמצעות תנאי תרבית אירובית (כגון Escherichia coli או סטרפטוקוקוס מקבוצה B). זה יכול להיות רלוונטי במיוחד עבור זיהומים על ידי אורגניזמים אלה באתרי הגוף כי הם האמינו להכיל רמות נמוכות של חמצן, כגון צוואר הרחם. ייתכן שאורגניזם פקולטטיבי מדביק בהצלחה רבה יותר אתרים עם פחות חמצן כאשר החיסון מוכן באופן אנאירובי בהשוואה לאירובי. בניסוי כזה, התאוששות של חיידקים קיימא לספירת CFU עשויה שלא לדרוש תנאים אנאירוביים.
The authors have nothing to disclose.
אנו מודים ללין פוסטר על הסיוע הטכני במהלך הפיתוח של מודלים אלה. אנו מעריכים קרנות סטארט-אפ מהמחלקה למיקרוביולוגיה מולקולרית ומהמרכז לחקר מחלות זיהומיות לנשים (ל-AL), ואת March of Dimes (פרס בזיל אוקונור ל-AL) שעזרו לתמוך בניסויים בשלבים מוקדמים. המכון הלאומי לאלרגיה ומחלות זיהומיות (R01 AI114635) תמך גם הוא בפיתוח מודלים אלה.
β-estradiol 17-valerate | Sigma | E1631 | estrogenization of mice |
0.22 µm, 50 mL Steriflip vacuum filter | Fisher | SCGP00525 | sterile filtering sesame oil |
14 mL tube | Falcon | 352059 | estrogenization of mice |
190-proof ethanol | Koptec | V1105M | dissection, tissue homogenization, CDC and Columbia media |
1x PBS | Fisher | MT21040CM | vaginal lavage, G. vaginlalis inoculum prep, tissue collection and homogenization |
25 G × 5/8 -in needle | BD | 305122 | estrogenization of mice |
5 mL tube | Falcon | 352063 | Tissue collection and homogenization |
Anaerobic chamber | Coy | 7200000 | Growth of anaerobic bacteria |
Bacto agar | Fisher | DF0140074 | G. vaginalis, F. nucleatum, and P. bivia agar plates |
Bacto peptone | Fisher | DF0118170 | CDC anaerobic media for P. bivia growth |
Columbia broth | Fisher | DF0944170 | Columbia media for F. nucleatum growth |
Defibrinated sheep blood | Hemostat | DSB500 | CDC anaerobic media for P. bivia growth |
Forceps | Fine Science Tools | 11008-13 | mouse/tissue dissection |
Glucose | Sigma | G7528 | NYCIII media for G. vaginalis growth |
Handheld homogenizer | ISC Bio | 3305500 | Tissue homogenization |
Hemin | Sigma | 51280 | CDC anaerobic media for P. bivia growth, Columbia media for F. nucleatum growth |
HEPES | Cellgro | 25-060-Cl | NYCIII media for G. vaginalis growth |
Horse serum | Hemostat | SHS500 | NYCIII media for G. vaginalis growth |
Hydrogen gas mix (5% hydrogen, 10% CO2, 85% nitrogen) | Matheson | Gas for anaerobic chamber | |
Isofluorane | VetOne | 502017 | mouse anaethesia at sacrifice |
L-cysteine | Sigma | C1276 | CDC anaerobic media for P. bivia growth |
L-glutamate | Sigma | G1626 | CDC anaerobic media for P. bivia growth |
Milli-Q Water Purifier | Millipore | IQ-7000 | for making media and homogenization |
NaCl | Sigma | S3014 | NYCIII media for G. vaginalis growth |
NaOH tablets | Sigma | S5881 | CDC anaerobic media for P. bivia growth |
Nitrogen gas | Airgas | Gas for anaerobic chamber | |
p-200 filter tips | ISC Bio | P-1237-200 | vaginal lavages and bacterial inoculations |
pancreatic digest of casein | Sigma | 70169 | CDC anaerobic media for P. bivia growth |
Proteose peptone #3 | Fisher | DF-122-17-4 | NYCIII media for G. vaginalis growth |
Scissors | Fine Science Tools | 14084-08 | mouse/tissue dissection |
Sesame oil | Fisher | ICN15662191 | estrogenization of mice |
Single edge surgical carbon steel razor blades | VWR | 55411-050 | tissue dissection |
Sodium chloride | Sigma | S3014 | CDC anaerobic media for P. bivia growth |
Spectrophotometer | BioChrom | 80-3000-45 | measuring bacterial OD600 |
Streptomycin | Gibco | 11860038 | add to agar media to make selective plates |
Tuberculin slip tip 1ml syringe | BD | 309659 | estrogenization of mice |
Vitaim K3 | Sigma | M5625 | Columbia media for F. nucleatum growth |
Vitamin K1 | Sigma | 95271 | CDC anaerobic media for P. bivia growth |
Yeast extract | Fisher | DF0127-17-9 | NYCIII media for G. vaginalis growth |