Summary

Identifikation der Virulenz Marker von Mycobacterium Abscessus für die intrazelluläre Replikation in Phagozyten

Published: September 27, 2018
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Summary

Hier stellen wir zwei Protokolle, um die Phagozyten –Mycobacterium Abscessus Interaktionen zu untersuchen: das Screening ein Transposon mutierten Bibliothek für bakterielle intrazellulären Mangel und die Bestimmung der bakteriellen intrazellulären Transkriptom von RNA Sequenzierung. Beide Ansätze geben Einblick in die genomische vor- und transkriptomischen Anpassungen intrazelluläre Bakterien Fitness verbessern.

Abstract

Was aus anderen saprophytischen Mykobakterien Mycobacterium Abscessus unterscheidet, ist die Fähigkeit, durch menschliche Makrophagen Phagozytose widerstehen und die Fähigkeit, innerhalb solcher Zellen vermehren. Diese Virulenz Eigenschaften Rendern M. Abscessus pathogenen, vor allem in gefährdeten Hosts mit zugrunde liegenden strukturellen Lungenerkrankungen wie Mukoviszidose, Bronchiektasen oder Tuberkulose. Es bleibt unklar, wie Patienten mit M. Abscessus infiziert werden. Im Gegensatz zu vielen Mykobakterien M. Abscessus findet sich nicht in die Umwelt aber befinden sich vielleicht innen Amöben, ökologische Phagozyten, die eine potenzielle Reservoir für M. Abscessusdarstellen. In der Tat M. Abscessus ist resistent gegen amöbenzelle Phagozytose und der Intra-Amöben Leben scheint M. Abscessus Virulenz in einem experimentellen Modell der Infektion erhöhen. Über M. Abscessus Virulenz an sich ist jedoch wenig bekannt. Um die Gene ein Vorteil zum M. Abscessus intrazellulären Leben zu entschlüsseln, war eine Vorführung einer M. Abscessus Transposon mutierten Bibliothek entwickelt. Parallel entwickelte eine Methode der RNA-Extraktion aus intrazellulären Mykobakterien nach kokultur mit Amöben. Diese Methode wurde validiert und erlaubt die Sequenzierung des gesamten M. Abscessus Transkriptom innerhalb der Zellen; zum ersten Mal eine globale Sicht auf M. Abscessus Anpassung an intrazelluläre Leben vorsieht. Beide Ansätze geben uns einen Einblick in M. Abscessus Virulenzfaktoren, mit denen M. Abscessus , die Atemwege des Menschen besiedeln.

Introduction

Die Gattung umfasst Mycobacterium Arten von harmlosen saprophytischen Organismen bis hin zu großen menschlichen Krankheitserreger. Bekannte pathogene Arten wie Mycobacterium Tuberculosis, Mycobacterium Marinum und Mycobacterium Ulcerans gehören zur Untergruppe der langsam wachsende Mykobakterien (SGM). Im Gegensatz dazu die Untergruppe der schnellsten wachsenden Mykobakterien (RGM) zeichnet sich durch ihre Fähigkeit, in weniger als 7 Tagen auf Agar Medium sichtbare Kolonien bilden. Die RGM Gruppe umfasst mehr als 180 Arten, vor allem nicht-pathogenen Mykobakterien saprophytischen. Studien zur RGM Interaktionen mit ihren Gastgebern konzentrierten sich hauptsächlich auf Mycobacterium Smegmatis und zeigen, dass diese Mykobakterien schnell durch die bakterizide Wirkung von Makrophagen beseitigt werden.

Mycobacterium Abscessus ist eines der seltenen RGM, die für den Menschen pathogen sind und ist verantwortlich für eine Vielzahl von Infektionen von Haut- und Weichteilinfektionen bis hin zu Lungen- und disseminierten Infektionen. M. Abscessus , zusammen mit Mycobacterium Avium, gilt die wichtigsten mykobakteriellen Erreger von Mukoviszidose-Patienten1.

Verschiedene Studien durchgeführt auf M. Abscessus zeigen, dass diese Mycobacterium verhält sich wie eine intrazelluläre Erreger, die in der Lage, zu überleben die bakterizide Antwort von Makrophagen und Fibroblasten in den Lungen und Haut, die in der Regel keine in RGM beobachtet wird 2 , 3 , 4. M. Abscessus Genomanalyse identifizierte Stoffwechselwege, die typischerweise in ökologischen Mikroorganismen in Kontakt mit dem Boden, Pflanzen und aquatischen Umgebungen, wo freie Amöben oft sind5. Sie haben auch gezeigt, dass M. Abscessus , mit mehreren Virulenz-Gene in die saprophytischen und nicht-pathogenen RGM ausgestattet ist, wahrscheinlich erworben durch horizontalen Gentransfer in einer Nische günstig zu genetischen Austausch, der sammeln könnte nicht gefunden verschiedene Amöben resistenter Bakterien.

Experimentell, war eines der ersten markanten Ergebnisse der Beobachtung des intrazellulären Zunahme von M. Abscessus Makrophagen sowie für M. Tuberculosis6. M. Abscessus widersteht auch die Versauerung von Phagosom, Apoptose und Autophagie, drei wesentliche Mechanismen der zellulären Widerstand zur Infektion2. Es hat auch gezeigt, dass M. Abscessus ist in der Lage, eine unmittelbare Kommunikation zwischen den Phagosom und Zytosol, einer mehr nährstoffreiche Umgebung, die bakterielle Vermehrung2begünstigen könnte. Sehr wenig bekannt über die genomische Vorteile, die M. Abscessus besitzt oder erwirbt Überleben in einer intrazellulären Umgebung zu ermöglichen. Amöbe-Coculture ist eine effiziente Methode, die die Isolation von vielen neuen Amöbe resistenten Bakterien wie Mycobacterium Massiliense7,8erlaubt. Die Fähigkeit, innerhalb Amöben vermehren wurde beobachtet, in einem Modell der Aerosolization von M. Abscessus bei Mäusen, die eine höhere Virulenz, M. Abscessus4verleihen können. Eine Hypothese ist, dass M. Abscessus genetische Merkmalen begegnet in dieser Umgebung überleben in phagocytic Zellen, die sich von anderen nicht-pathogenen RGM entwickelt hatte. Diese Akquisitionen könnten die Fähigkeit, zu verbreiten und seine Virulenz im menschlichen Wirt begünstigen.

Dieser Bericht beschreibt Werkzeuge und Methoden, um die genomische Vorteile, M. Abscessus in Amöben Umgebung überleben übertragen wurden. Zu diesem Zweck ist das Screening von M. Abscessus Transposon Mutanten, auf dem Acanthamoeba Castellanii Typ Stamm erstbeschrieben ermöglicht die Identifizierung von Mutant defekt für intrazelluläre Wachstum. Eine zweite Überprüfung in Makrophagen wird auch berichtet, zu bestätigen, wenn dieser Mangel in der menschlichen Wirt fortbesteht. Zweitens entwickelt um zu verstehen, welche Mechanismen in M. Abscessus zur Anpassung an das Leben in phagocytic genutzt werden Zellen und erhöhen Sie seine Virulenz im tierischen Wirt, eine Methode, die speziell für M. Abscessus war, nach kokultur in Anwesenheit von Amöben, die die Gewinnung von Gesamt-RNS aus Intra-amöbenzelle Bakterien erlaubt. Infolgedessen entwickelte sich ein umfassender Überblick über M. Abscessus Gene, die für eine intrazelluläre Leben erforderlich sind.

Protocol

(1) Bibliothek Screening Aufbau der Tn mutierten Bibliothek Erhalten Sie eine Transposon-Bibliothek.Hinweis: Für dieses Experiment wurde eine Transposon mutierten Bibliothek von e.j. Rubin, Harvard School of Public Health, Boston, USA erhalten. Die Bibliothek wurde aus einem glatten klinischen Stamm (43) aus der M. Abscessus Komplex (M. Abscessus subspecies Massiliense) mit einem Phagemid in M. Abscessus erlaubt die zufällige Einfügu…

Representative Results

M. Abscessus hat die Fähigkeit zu widerstehen und die bakteriziden Antworten von Makrophagen und Umwelt Einzeller wie Amöben zu entkommen. M. Abscessus drückt Virulenzfaktoren bei Kontakt mit Amöben, gewachsen, wodurch es mehr virulent in Mäusen4. Das erste Ziel dieser Methoden war, die im M. Abscessus , so dass seine überleben und die Vermehrung in Amöben Gene zu identifizieren. <p class="jove_content" fo:keep-together.within-…

Discussion

Das Verhalten von M. Abscessus ist das Verhalten der pathogenen SGM wie M. Tuberkulose viel ähnlicher als jede andere Mykobakterien, RGM2angehören. Das zentrale Element in der Pathogenität der SGM ist ihre Fähigkeit zu überleben oder sich sogar in Antigen-präsentierenden Zellen wie Makrophagen und dendritischen Zellen vermehren.

M. Abscessus hat gewisse genomische Vorteile erworben, dargestellt durch die gesamtsequenz der Genom-<sup clas…

Acknowledgements

Wir erkennen deutlich PR. e.j. Rubin (Harvard Medical School, Boston, USA) für das kostbare Geschenk des mutierten Bibliothek und Dr. Ben Marshall (Faculty of Medicine, University of Southampton, UK) für die Korrekturen des Manuskripts. Für ihre finanzielle Unterstützung (RF20150501377) wird stark der französischen Patientenverband für Mukoviszidose “Vaincre la Mucoviscidose” und “L’Association Gregory Lemarchal” anerkennen. Wir danken auch der nationalen Agentur für Forschung (ANR-Programm DIMIVYR (ANR-13-BSV3-0007-01)) und der Region Ile de France (Domaine d’Intérêt Gewalt Maladies Infectieuses et Emergentes) für die Finanzierung des postdoctoral Fellowship V.L-m. L. L. ist ein Doktorand aus der “Ministère de L’Enseignement Supérieur et De La Recherche”.

Materials

Name of Material/ Equipment
24-well plates Thermofisher 11874235
96-well plates Thermofisher 10687551
Beadbeater  Bertin Precellys 24
Bioanalyzer Agilent
Genepulser Xcell Biorad
Nanodrop spectrophotometer 2000 Thermofisher
QuBit fluorometer Thermofisher Q33226
zirconium beads/silica beads Biospec products 11079101Z Beads
Name of reagent/cells
Acanthamoeba castellanii  ATCC 30010 strain
Amikacin  Mylan 150927-A powder
B-mercaptoethanol  Sigma-Aldrich M6250 solution
CaCl2 Sigma-Aldrich C1016 >93% granular anhydrous
Chloroform  Fluka 25666 solution
ClaI enzyme New England Biolabs R0197S enzyme
Columbia agar  Biomerieux 43041 90 mm
D-Glucose Sigma-Aldrich G8270  powder
DMEM  Thermofisher 11500596 medium
DNase and RNase free water  Invitrogen 10977-035 solution
E. coli electrocompetent  Thermofisher 18265017 bacteria
EDTA Sigma-Aldrich E4884 powder
Escherichia coli  Clinical isolate personal stock bacteria
Fe(NH4)2(SO4)-6H2 EMS 15505-40 sulfate solution 4% aqueous
Fetal Calf Serum Gibco 10270 serum
Glycerol Sigma-Aldrich G5516 solution
Guanidium thiocyanate  Euromedex EU0046-D powder
Isopropanol  Sigma-Aldrich I9516 solution
J774.2 macrophages Sigma-Aldrich J774.2 Strain
kanamycin  Sigma-Aldrich 60615 powder
KH2PO4 Sigma-Aldrich P0662 Monobasic, anhydrous
LB liquid medium  Invitrogen 12795-027 powder
Lysozyme Roche 10837059001 powder
MgSO4 Labosi M275 pur
Microbank TM (cryotubes with beads) Pro-Lab Diagnostic PL.170/M
Middlebrook 7H11 medium Sigma-Aldrich M0428 powder
Middlebrook 7H9 medium Thermofisher 11753473 powder
Müller-Hinton agar Biorad 3563901 powder
N-Lauryl-sarcosine Merck S37700 416 powder
Na2HPO4-7H2O Sigma-Aldrich S9390 98-102%
Phenol/chloroforme  Sigma-Aldrich 77617 solution
Proteinase K Thermofisher EO0491 powder
proteose peptone BD 211684 enzymatic digest of animal tissue
pUC19 plasmid New England Biolabs 54357 plasmid
SDS  20% Biorad 1610418 solution
Sodium citrate Calbiochem 567446 powder
Thiourea Sigma-Aldrich 88810 powder
Tris Sigma-Aldrich 154563 powder
Trizol  Thermofisher 12044977 solution
Tween 80 Sigma-Aldrich P1754  solution
Yeast extract  BD 212750
Kit
AMBION DNase kit  Thermofisher 10792877 kit
DNA Agilent Chip Agilent 5067-1504 kit
GeneJET Plasmid Miniprep kit  Thermofisher K0503 kit
PureLink PCR Purification kit Invitrogen K310001 kit
Quant-It" assays kit Thermofisher Q33140/Q32884 kit
T4 DNA ligase  Invitrogen Y90001 kit
TruSeq Stranded RNA LT prep kit Illumina 15032611 kit

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Dubois, V., Laencina, L., Bories, A., Le Moigne, V., Pawlik, A., Herrmann, J., Girard-Misguich, F. Identification of Virulence Markers of Mycobacterium abscessus for Intracellular Replication in Phagocytes. J. Vis. Exp. (139), e57766, doi:10.3791/57766 (2018).

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