Summary

После в режиме реального времени Влияние пневмококковой факторов вирулентности в острой Mouse пневмонии Модель Использование биолюминесцентных бактерии

Published: February 23, 2014
doi:

Summary

Пневмококк является ведущим возбудителем тяжелой внебольничной пневмонии и отвечает за более чем 2 миллиона смертей во всем мире. Влияние бактериальных факторов, вовлеченных в фитнес или вирулентности можно отслеживать в режиме реального времени в острой мыши пневмонии или бактериемия модели с использованием биолюминесцентных бактерии.

Abstract

Пневмония является одной из основных проблем здравоохранения в развивающихся и промышленно развитых странах и связана со значительным заболеваемости и смертности. Несмотря на успехи в знании этой болезни, наличия отделениях интенсивной терапии (ОИТ), а также использование сильнодействующих противомикробных препаратов и эффективных вакцин, показатели смертности остаются высокими 1. Пневмококк является ведущим возбудителем внебольничной пневмонии (ВП) и одним из наиболее распространенных причин бактериемии у людей. Это возбудитель оснащен арсенал поверхностно-подвергается адгезинов и вирулентности факторов, способствующих пневмонии и инвазивных пневмококковых инфекций (IPD). Оценка роли в естественных бактериальных фитнес или факторов вирулентности имеет первостепенное значение, чтобы разгадать S. пневмонии патогенности механизмов. Мышиные модели пневмонии, бактериемии и менингита используются для определения влияния пневмококковых факторов при разразличных стадиях инфекции. Здесь мы опишем протокол для мониторинга в режиме реального времени пневмококковой распространения у мышей после интраназального или внутрибрюшинными инфекций с биолюминесцентных бактерий. Результаты показывают, умножение и распространение пневмококков в нижних дыхательных путей и крови, что может быть визуально и оценивали с помощью системы визуализации и программное обеспечение прилагаемого анализа.

Introduction

Инфекции дыхательных путей, вызванных вирусами или бактериями остаются одним из наиболее распространенных внебольничных или клинических проблем по всему миру, вызывая примерно одну треть всех смертей в мире. Ключевые виды бактерий являются гемофильной и пневмококк 2. Однако эти виды бактерий, как правило, общие компоненты природной флоры дыхательных путей. Таким образом бактериальная каретки также определенного риска развития инвазивного заболевания и в зависимости от иммунного статуса или предрасположенности лиц. Бессимптомно колонизация срабатывает с инвазивными инфекциями. Пневмококк является ведущим возбудителем внебольничной пневмонии (CAP) и один из самых распространенных причин бактериемии у людей. У здоровых лиц С. пневмонии (пневмококки), часто протекает бессимптомно и безвредные колонизаторы верхних дыхательных путей, где они сталкиваются с непатогенных бактерийиз флорой, но и с патогенов, таких как Haemophilus SPP. или золотистый стафилококк и первая линия системы обороны иммунной человека. Ставки по транспортировке являются самыми высокими в маленьких детей (37%) и даже выше в переполненных детских садах (58%) 3-5. Самый молодой населения и пожилых людей, получив пневмококк через аэрозольной передачи от перевозчиков и носоглотки выделениями 6, принадлежат к группам высокого риска и вакцинации с использованием одного из пневмококковых конъюгированных вакцин (PCV10 или PCV13 у детей и 23-валентной полисахаридной PPSV23 у взрослых) Рекомендуется в Соединенных Штатах (США) и многих европейских странах 4. PPSV23 охватывает серотипов, ответственных за ~ 90% бактериемией пневмококковых заболеваний в США и Европе, предотвращая, таким образом, эффективно инвазивных пневмококковых заболеваний (IPD) у взрослых, в то время как PCVs охватывают наиболее распространенные серотипы у детей. Следовательно, IPD из-за типов вакцин (VT) являются РедуCED но невакцинных серотипов отображения высокой вирулентности потенциал и устойчивость к антибиотикам появились 4,7-12. Носоглотки в качестве резервуара является отправной точкой для пневмококков распространяться на пазух или среднего уха, начавших вредных местных инфекций. Что более важно, пневмококки распространяться непосредственно через дыхательные пути в бронхах и легких, в результате чего, угрожающей жизни CAP 4,13. Легочные инфекции часто сопровождаются ткани и разрушения барьера, что позволит возбудителя распространяться в кровь и вызывает IPD. Случаи CAP и IPD являются самыми высокими в ослабленным иммунитетом лиц или в крайних возрастных 4,13. Обстоятельства, ответственные за преобразование из комменсал к патогена с высокой вирулентностью находятся в стадии обсуждения. Однако, помимо изменений в восприимчивости хозяина и эволюционной адаптации сопровождается более высокой вирулентностью и увеличение сопротивления к антибиотикам были предложены иметь решающее влияние на PNEumococcal инфекции 14-16.

Возбудитель наделен множеством адгезинов посреднических тесный контакт слизистой эпителиальных клеток. После преодоления слизи в дыхательных путях, пневмококковая соблюдение клетки-хозяева, облегчается с помощью прямых взаимодействий поверхностных, подвергшихся воздействию адгезинов с клеточными рецепторами и, используя компоненты внеклеточного матрикса или сывороточных белков, как преодоление молекулам 4,17,18. Как универсальные патогены пневмококки также оснащены факторов, участвующих в уклонении от иммунной защитных механизмов. Кроме того, они имеют способность адаптироваться к различным принимающих кругах, таких как легких, крови и спинномозговой жидкости (ликвора), соответственно 5,17,19,20.

Влияние бактериальных факторов на патогенез и воспалительные принимающих ответов исследуется в экспериментальных моделях на животных пневмонии, бактериемии или менингита 21-25. Несмотря на то, патоген человека, эти модели мыLL-создан, чтобы расшифровать пневмококковой ткани тропизм, механизмы вирулентности или protectivity кандидатов пневмококковых вакцин. Генетический фон инбредных линий мышей определяет восприимчивость к пневмококков. BALB / с мышей, инфицированных интраназально пневмококков Было обнаружено, что устойчивые, а CBA / Ca и SJL мыши были более чувствительны против пневмококковых инфекций 22. Это означает, что, похожи на людей, генетического фона и принимающих защитных механизмов определить исход инфекции. Таким образом, необходимы дальнейшие усилия, чтобы разгадать сопротивления локусов в геноме мышей менее чувствительными к пневмококковых инфекций. Полученные данные привели к изменениям в в естественных условиях протоколов вирулентности. Вместо инбредных мышей BALB / с мышей, часто используемых в прошлом, очень уязвимые CD-1/MF1 беспородных линии мышей являются в настоящее время часто используется для изучения влияния потерь на-функции пневмококковой вирулентности или пригодности факторов 26-28. Кроме того, наличиебиолюминесцентной пневмококков и оптических методов визуализации позволяет в режиме реального времени биолюминесценции Bioimaging инфекций. В пневмококков оптимизированный ген кассета luxABCDE (плазмиды Paul-Tn 4001 luxABCDE Км г) был вставлен в одном месте интеграции в хромосому транспозонного мутагенеза. Биолюминесцентный пневмококки были использованы для оценки ослабления пневмококковых мутантов, дефицитных по вирулентности или фитнес-факторов и их транслокации из одной анатомической сайта на другой 26,28-31.

Здесь мы предлагаем протокол для биоизображений пневмококковых инфекций в мышиной пневмонии или сепсиса модели. Усиление и распространение биолюминесцентного пневмококков в интраназально или внутрибрюшинно инфицированных мышей можно легко контролировать с течением времени с помощью оптической системы формирования изображения и того же животного в различные моменты времени.

Protocol

Эксперименты инфекции животных, описанные здесь, должны выполняться в строгом соответствии с местными и международными (например, европейского права здравоохранения Федерации лабораторных животных Наука ассоциаций (FELASA)) принципами и правилами по использованию позвоночных жив?…

Representative Results

Приобретение и поглощение метионина имеет решающее значение для пневмококков для поддержания фитнес в принимающей нише 32,33. Метионин ABC транспортер липопротеинов кодируется в D39 СДПГ _ 0151 генов (TIGR4: sp_0149) и назвал MetQ 32. Пневмококки дальше производить метионин ф…

Discussion

Все эксперименты, проведенные на животных, должны быть одобрены местными властями и комиссий по этике. В естественных условиях в инфекции экспериментов бактериальная нагрузка в различных принимающих нишах зараженных животных должно быть определено в различные моменты време?…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Исследования в лаборатории при поддержке грантов от Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG HA 3125/3-2, DFG HA 3125/4-2) и Федеральным министерством образования и научных исследований (BMBF) Медицинская инфекции геномики (ФКЗ 0315828A) в SH.

Materials

Todd Hewitt broth Carl Roth, Karlsruhe, Germany X936.1
Yeast extract Carl Roth, Karlsruhe, Germany 2363.2
Blood agar plates Oxoid, Wesel, Germany PB5039A
Kanamycin Carl Roth, Karlsruhe, Germany T832.2
Erythromycin Sigma-Aldrich,Taufkirchen, Germany E6376
fetal bovine serum (FBS) PAA Laboratories, Coelbe, Germany A11-151
CD-1 mice, female Charles River, Sulzfeld, Germany CD1SIFE06W08W female CD-1 mice, six to eight weeks old
Ketamin 500mg, Curamed injection solution Schwabe-Curamed, Karlsruhe, Germany
Rompun 2%, injection solution Bayer Animal Health, Monheim, Germany
BD Plastipak 1 ml syringes Becton Dickinson, Heidelberg, Germany 300015 sterile Luer-Lok™ syringes with needle
Gel Loader Tips peqlab 81-13790 MµltiFlex™ Tips
Hyaluronidase Sigma-Aldrich H3884-100mg Hyaluronidase Type IV-S from Bovine test
Oxygen Air Liquide, Düsseldorf, Germany M1001L50R2A001
Isofluoran Baxter, Unterschleißheim, Germany
pGEM-T Easy Promega, Mannheim, Germany
Oligonucleotides Eurofins MWG, Ebersberg, Germany
Qiaprep Spin Midiprep Kit Qiagen, Hilden, Germany 27104
PCR DNA purification kit Qiagen, Hilden, Germany 28106
Equipment
Living Image 4.1 software Caliper Life Sciences/PerkinElmer, Rodgau, Germany
XGI-8 Gas Anesthesia System Caliper Life Sciences/PerkinElmer, Rodgau, Germany
IVIS Spectrum Imaging System Caliper Life Sciences/PerkinElmer, Rodgau, Germany
Biophotometer Eppendorf AG, Hamburg, Germany

Referências

  1. Niederman, M. S., et al. Guidelines for the management of adults with community-acquired pneumonia. Diagnosis, assessment of severity, antimicrobial therapy, and prevention. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 163, 1730-1754 (2001).
  2. WHO, The global burden of disease: 2004 update. World Health Organization. , (2008).
  3. Bogaert, D., et al. Colonisation by Streptococcus pneumoniae and Staphylococcus aureus in healthy children. Lancet. 363, 1871-1872 (2004).
  4. Gamez, G., Hammerschmidt, S. Combat pneumococcal infections: adhesins as candidates for protein-based vaccine development. Curr. Drug Targets. 13, 323-337 (2012).
  5. Mook-Kanamori, B. B., Geldhoff, M., vander Poll, T., Dvan de Beek, D. Pathogenesis and pathophysiology of pneumococcal meningitis. Clin. Microbiol. Rev. 24, 557-591 (2011).
  6. Musher, D. M. How contagious are common respiratory tract infections. N. Engl. J. Med. 348, 1256-1266 (2003).
  7. Brueggemann, A. B., Pai, R., Crook, D. W., Beall, B. Vaccine escape recombinants emerge after pneumococcal vaccination in the United States. PLoS Pathog. 3, (2007).
  8. Munoz-Almagro, C., et al. Emergence of invasive pneumococcal disease caused by nonvaccine serotypes in the era of 7-valent conjugate vaccine. Clin. Infect. Dis. 46, 174-182 (2008).
  9. Whitney, C. G. Impact of conjugate pneumococcal vaccines. Pediatr. Infect. Dis. J. 24, 729-730 (2005).
  10. Whitney, C. G., et al. Decline in invasive pneumococcal disease after the introduction of protein-polysaccharide conjugate vaccine. N. Engl. J. Med. 348, 1737-1746 (2003).
  11. Lynch, J. P., Zhanel, G. G. Streptococcus pneumoniae: epidemiology and risk factors, evolution of antimicrobial resistance, and impact of vaccines. Curr. Opin. Pulm. Med. 16, 217-225 (2010).
  12. Singleton, R. J., et al. Invasive pneumococcal disease caused by nonvaccine serotypes among Alaska native children with high levels of 7-valent pneumococcal conjugate vaccine coverage. JAMA. 297, 1784-1792 (2007).
  13. Dockrell, D. H., Whyte, M. K., Mitchell, T. J. Pneumococcal pneumonia: mechanisms of infection and resolution. Chest. 142, 482-491 (2012).
  14. Lieberman, T. D., et al. Parallel bacterial evolution within multiple patients identifies candidate pathogenicity genes. Nat. Genet. 43, 1275-1280 (2011).
  15. Yang, J., Tauschek, M., Robins-Browne, R. M. Control of bacterial virulence by AraC-like regulators that respond to chemical signals. Trends Microbiol. 19, 128-135 (2011).
  16. Young, B. C., et al. Evolutionary dynamics of Staphylococcus aureus during progression from carriage to disease. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 109, 4550-4555 (2012).
  17. Kadioglu, A., Weiser, J. N., Paton, J. C., Andrew, P. W. The role of Streptococcus pneumoniae virulence factors in host respiratory colonization and disease. Nat. Rev. Microbiol. 6, 288-301 (2008).
  18. Voss, S., Gamez, G., Hammerschmidt, S. Impact of pneumococcal microbial surface components recognizing adhesive matrix molecules on colonization. Mol. Oral Microbiol. 27, 246-256 (2012).
  19. Koppe, U., Suttorp, N., Opitz, B. Recognition of Streptococcus pneumoniae by the innate immune system. Cell. Microbiol. 14, 460-466 (2012).
  20. Paterson, G. K., Mitchell, T. J. Innate immunity and the pneumococcus. Microbiology. 152, 285-293 (2006).
  21. Gerber, J., et al. A mouse model of Streptococcus pneumoniae meningitis mimicking several features of human disease. Acta Neuropathol. 101, 499-508 (2001).
  22. Gingles, N. A., et al. Role of genetic resistance in invasive pneumococcal infection: identification and study of susceptibility and resistance in inbred mouse strains. Infect. Immun. 69, 426-434 (2001).
  23. Holmes, A. R., et al. The pavA gene of Streptococcus pneumoniae encodes a fibronectin-binding protein that is essential for virulence. Mol. Microbiol. 41, 1395-1408 (2001).
  24. Koedel, U., Klein, M., Pfister, H. W. New understandings on the pathophysiology of bacterial meningitis. Curr. Opin. Infect. Dis. 23, 217-223 (2010).
  25. Medina, E. Murine model of pneumococcal pneumonia. Methods Mol. Biol. 602, 405-410 (2010).
  26. Hartel, T., et al. Impact of glutamine transporters on pneumococcal fitness under infection-related conditions. Infect. Immun. 79, 44-58 (2011).
  27. Hermans, P. W., et al. The streptococcal lipoprotein rotamase A (SlrA) is a functional peptidyl-prolyl isomerase involved in pneumococcal colonization. J. Biol. Chem. 281, 968-976 (2006).
  28. Jensch, I., et al. PavB is a surface-exposed adhesin of Streptococcus pneumoniae contributing to nasopharyngeal colonization and airways infections. Mol. Microbiol. 77, 22-43 (2010).
  29. Kadioglu, A., et al. Pneumococcal protein PavA is important for nasopharyngeal carriage and development of sepsis. Mol. Oral Microbiol. 25, 50-60 (2010).
  30. Orihuela, C. J., Gao, G., Francis, K. P., Yu, J., Tuomanen, E. I. Tissue-specific contributions of pneumococcal virulence factors to pathogenesis. J. Infect. Dis. 190, 1661-1669 (2004).
  31. Francis, K. P., et al. Visualizing pneumococcal infections in the lungs of live mice using bioluminescent Streptococcus pneumoniae transformed with a novel gram-positive lux transposon. Infect. Immun. 69, 3350-3358 (2001).
  32. Basavanna, S., et al. The effects of methionine acquisition and synthesis on Streptococcus pneumoniae growth and virulence. PLoS One. 8, (2013).
  33. Hartel, T., et al. Characterization of central carbon metabolism of Streptococcus pneumoniae by isotopologue profiling. J. Biol. Chem. 287, 4260-4274 (2012).
  34. Hammerschmidt, S., et al. The host immune regulator factor H interacts via two contact sites with the PspC protein of Streptococcus pneumoniae and mediates adhesion to host epithelial cells. J. Immunol. 178, 5848-5858 (2007).
  35. Voss, S., et al. The choline-binding protein PspC of Streptococcus pneumoniae interacts with the C-terminal heparin-binding domain of vitronectin. J. Biol. Chem. , (2013).
  36. Cartwright, K. Pneumococcal disease in western Europe: burden of disease, antibiotic resistance and management. Eur. J. Pediatr. 161, 188-195 (2002).
  37. vander Linden, M., Al-Lahham, A., Nicklas, W., Reinert, R. R. Molecular characterization of pneumococcal isolates from pets and laboratory animals. PLoS One. 4, (2009).
  38. Brehm, , et al. Sequence of the adenine methylase gene of the Streptococcus faecalis plasmid pAM beta 1. Nucleic Acids Res. 15, 3177 (1987).

Play Video

Citar este artigo
Saleh, M., Abdullah, M. R., Schulz, C., Kohler, T., Pribyl, T., Jensch, I., Hammerschmidt, S. Following in Real Time the Impact of Pneumococcal Virulence Factors in an Acute Mouse Pneumonia Model Using Bioluminescent Bacteria. J. Vis. Exp. (84), e51174, doi:10.3791/51174 (2014).

View Video