斑马鱼 (dadio rerio)正在成为一种广泛使用的脊椎动物动物模型, 用于微生物定植和发病机制。该协议描述了原生动物帕拉米库姆作为一种载体, 在斑马鱼幼虫的食物传播感染的使用。尾状物容易将细菌内化, 并通过自然捕食行为被幼虫斑马鱼占据。
斑马鱼 (dadio rerio)由于其透明度、遗传可追踪性和易于维护, 已成为广泛使用的传染病脊椎动物模型。幼虫斑马鱼自然捕食单细胞原生动物的动物尾状花序。该协议描述了使用p. 尾鱼作为一种载体, 在幼虫斑马鱼的食物传播感染。马尾烧内化了多种细菌, 细菌细胞在几个小时内保持活力。斑马鱼然后以尾鱼为食, 细菌负荷在车的消化时释放, 细菌在肠道中繁殖。该协议包括对副虫的维持、细菌的负荷、细菌降解和剂量的测定以及用副虫喂养感染斑马鱼的详细说明。使用这种食源性感染方法的好处是, 它密切模仿在人类疾病中观察到的感染模式, 与浸没协议相比, 导致更强大的定植, 并允许研究各种病原体。斑马鱼模型中的食源性感染可用于调查宿主内细菌基因表达、宿主-病原体相互作用以及致病性特征, 包括细菌负担、定位、传播和发病。
斑马鱼与哺乳动物在形态和功能上保守的特征, 包括粒细胞谱系 (如中性粒细胞)、单核细胞/巨噬细胞样细胞、棒状受体、促炎症细胞因子和抗菌肽1.斑马鱼的肠道在受精后6天充分发育, 并与哺乳动物胃肠道表现出形态和功能的保护, 如肠道上皮细胞的保守转录调节2. 这使得斑马鱼成为肠道微生物定植和发病机制的良好模式。在斑马鱼模型中研究了广泛的肠内微生物, 包括肠出血性大肠杆菌3、霍乱弧菌4, 5、肠炎沙门氏菌6、斑马鱼微生物群 7,8, 和益生菌在肠道免疫中的作用9。斑马鱼模型的一个明显优势是, 它被许多微生物殖民, 而不会破坏内源微生物群, 这使得在混合微生物种群3的情况下可以调查微生物的行为3, 6. 目前, 大多数斑马鱼胃肠定植和疾病模型依靠浴浸泡对微生物的管理, 斑马鱼在细菌悬浮液中孵育一段时间10。然而, 这使得很难确定所给的细菌的确切剂量, 并导致对一些微生物的有限殖民, 特别是非致病性细菌。或者, 细菌悬浮液是通过口服灌胃11给鱼服用的, 但这在技术上具有挑战性, 仅限于年龄较大的幼虫和成年鱼类。
该协议描述了使用单细胞原生动物帕拉米库姆作为一种载体, 在食物传播的微生物传递到斑马鱼幼虫的胃肠道。帕拉米西亚易于维护和廉价, 能够以各种微生物为食, 包括藻类、真菌和细菌, 它们通过纤毛的口腔槽12,13, 14 内化。一旦内化, 细菌就会被控制在液泡中, 最终会酸化, 内容物在几个小时 1 5小时的时间内降解。幼虫斑马鱼在孵化后不久就捕获了作为天然猎物的寄生虫, 根据温度16的不同, 大约在 3-4 dpf 左右, 并以高效率的方式将其吸收。捕获猎物的过程平均需要1.2 秒, 从检测到捕获 17, 捕获的寄生虫很快就会被消化在斑马鱼的边缘, 从而使内化的细菌被释放到肠道 3.因此, 可以作为一种快速、简单的方法, 将高、一致的细菌剂量输送到斑马鱼的胃肠道。所传递的细菌可以转化为表达荧光蛋白, 如这里所述的 mcherry, 或者, 在基因难解的细菌的情况下, 它们可以用荧光染料进行预染色, 以便在胃肠道。
该协议描述了肠致病性大肠杆菌(肠出血性大肠杆菌(ehec) 和粘附侵入性大肠杆菌 (aiec]) 和伤寒沙门氏菌的食物传递。致病性大肠杆菌和伤寒杆菌都是通过粪便-口腔通道18、19传播的, 并且可以通过受污染的食物 (如肉类、蔬菜和乳制品) 获得。以刺核为载体,大肠杆菌和伤寒幼虫在与车共同孵化30-60分钟内成功定虫。所获得的细菌负荷足够坚固, 可以直观地显示定植, 并通过电镀组织同质化来确定其负荷。
这里描述的基本方案已经针对致病性大肠杆菌进行了优化, 并已成功地适应了其他细菌物种, 包括肠炎沙门氏菌和霍乱弧菌。对于一些不在沐浴后对斑马鱼肠道进行殖民的物种, 包括一些肠炎沙门氏菌菌株和一些厌氧菌, 这里描述的食源性感染可以用来成功地建立定植。与微灌胃相比, 微灌胃也被用来在幼虫肠道中建立较高的细菌负担, 食源性感染在技术上的挑战性较低, 需要的专门设备也较少。但是, 对于要使用的细菌物种和菌株, 应优化关键参数。这些因素包括细菌-对阿美的共培养步骤的细菌和对代虫密度: 如果对菌群中的细菌数量较低, 可以通过增加共培养步骤中的细菌密度来改善这一点。一些细菌物种可能会对寄主造成损害, 这应该用显微镜来评估。
这一协议中的另一个重要因素是斑马鱼捕获猎物。这里描述的捕食率是基于这样的假设, 即每一次猎物捕获都会导致摄入一个。该协议中使用了每条鱼的高密度对映体, 以确保高捕食率。然而, 猎物捕获取决于系统中的副虫的密度, 在非常稀薄的对位菌培养中, 猎物率可能低至每小时13-15对位虫2122。一个限制是, 猎物捕获率也在很大程度上取决于照明条件, 在黑暗中, 捕获率比光线条件21低 80%, 在设置实验时应考虑到这一点。如果必须扩大猎物的接触时间, 以优化定植, 就必须考虑通过粪便二次接触细菌。在上述条件下–猎物接触 2小时–这种接触可以忽略不计, 因为细菌的肠道通过时间超过 1小时, 而车辆中的细菌浓度远远高于粪便中。然而, 如果猎物接触时间显著增加, 这可能成为一个重要因素。
该议定书应包括适当的管制措施, 包括在喂养含有非致病性大肠杆菌mg1655 的副菌菌喂养后对斑马鱼进行定植。如果比较多个细菌菌株对斑马鱼寄主的殖民能力, 重要的是要测试它们在帕拉米西亚中的半衰期是否相当。细菌突变, 包括那些损害细胞壁完整性或酸检测的突变, 可能会损害副原体内的细菌稳定性。在这种情况下, 斑马鱼喂养必须进行调整, 以考虑到剂量的差异。
这里描述的协议可用于调查细菌定植及其后果, 包括通过上述斑马鱼的细菌定植成像, 以及通过从组织同质化3中确定每斑马鱼的 cfu, 或调查与感染相关的发病率和死亡率。理想情况下, 对于细菌可视化, 应使用表达荧光蛋白 (如 mcherry 或红色荧光蛋白 (rfp)) 的细菌菌株。这将使人们能够想象不断增长的细菌数量。如果细菌菌株在基因上不可追踪, 或者由于其他原因而排除使用荧光蛋白表达, 则细菌在与参数共培养之前, 可能会被荧光染料 (如 fm 4-64fx) 染色。当使用这里描述的协议时, 与副菌区的共培养不会降低染料的亮度, 在斑马鱼肠道中可以清楚地看到染色的细菌。然而, 如果斑马鱼寄主体内出现明显的细菌增殖, 染料将随着时间的推移而稀释。无论哪种情况, 红色荧光细菌都优于绿荧光细菌, 因为组织自体荧光在绿色中可能高于红色通道。
研究发现, 该方案可适用于好氧和微氧细菌种类。它可能是可能的, 以适应喂养孢子和真菌物种, 虽然这仍有待试验。
The authors have nothing to disclose.
我们要感谢克拉赫勒集团成员对手稿的批评解读和评论。这项工作由 ut 系统之星奖、bbsrc 和国家卫生研究院 (r01ai132354) 资助。
Paramecium caudatum, live | Carolina | 131554 | no not store growing cultures below room temperature |
0.4% Trypan Blue Solution | Sigma | T8154-20ML | liquid, sterile-filtered, suitable for cell culture; prepared in 0.81% sodium chloride and 0.06% potassium phosphate, dibasic |
Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Sigma | 276855-100ML | store in a solvent safety cabinet |
Escherichia coli, MG1655 | ATCC | ATCC 700926 | can be replaced by any other non-pathogenic E. coli strain |
FM 4-64FX stain | Thermo Fisher | F34653 | aliquot and store frozen |
Formaldehyde | Sigma | F8775-4X25ML | |
LB Broth | Sigma | L3397-1KG | |
Phosphate buffered saline tablets | Thermo Fisher | 18912014 | |
Tetracycline | Sigma | 87128-25G | toxic, irritant |
Tricaine (Ethyl 3-aminobenzoate methanesulfonate) | Sigma | E10521-10G | |
Triton X-100 | Sigma | X100-100ML | |
Trypan Blue Solution, 0.4% | Sigma | 93595-50ML | |
UltraPure Low Melting Point Agarose | Thermo Fisher | 16520050 | |
hemocytometer or cell counter | any | ||
stereomicroscope | any | ||
table-top centrifuge | |||
microwave | |||
rotator wheel | |||
heated shaking incubator | |||
aquatics facilities | |||
breeding tanks |