Fluorescentiemicroscopiemethodes voor het bepalen van de levensvatbaarheid van bacteriën in Associatie met zoogdiercellen

Er is een dynamische interactie en co-evolutie tussen bacteriën en de gastheren waar zij wonen. Bacteriën hechting organellen, secretie systemen, en / of de mogelijkheid om toxines die hun productieve infectie van gastheer fagocytische en niet-fagocytische cellen inschakelen produceren geëvolueerd. De bacteriën moet maken met herkenning en antimicrobiële activiteiten van het gastheerimmuunsysteem. De gastheer immuunsysteem bestaat uit aangeboren en adaptieve componenten, waaronder fysische en chemische barrières, immuuncellen, het complementsysteem, en andere onderdelen van humorale immuniteit. Hoewel veel bacteriën gevoelig voor doden en goedkeuring door het meerlagige immuunrespons hebben sommige pathogene en opportunistische bacteriën mechanismen van verschillende gastheercellen infecteren en ontwrichting goedkeuring door de immuunrespons ¹ ontwikkeld. Neisseria gonorrhoeae is een voorbeeld van een bacterieel pathogeen dat is zeer geschikt om te volharden in zijn menselijke gastheer. N. gonorrhoeae koloniseert gemakkelijk de luminale oppervlakken van mucosale epitheliale cellen van het urogenitale kanaal, keelholte, conjunctiva en rectum. Kolonisatie leidt tot de overvloedige rekrutering van neutrofielen bij mucosale sites. Neutrofielen zijn professionele fagocyten die diverse antimicrobiële processen micro-organismen doden bezitten, maar N. gonorrhoeae kan overleven in de aanwezigheid van neutrofielen ^2-5. Begrijpen hoe bacteriële pathogenen zoals N. gonorrhoeae ondermijnen, onderdrukken en kapen de immuunrespons uiteindelijk overleven in normaal vijandige hostomgevingen is cruciaal voor de ontwikkeling van nieuwe therapieën voor de bestrijding van infectieziekten.

Experimentele protocollen vaak gebruikt om bacteriële overleving onderzoeken gastheercellen omvatten kolonietelling assays, gentamicine protection assays en elektronenmicroscopie. In kiemgetal assays wordt een populatie van geïnfecteerde cellen gelyseerd (bijvoorbeeld met een wasmiddel which de bacteriën resistent) om de bacteriën te bevrijden. De lysaten verdund en uitgeplaat op agar media en kolonievormende eenheden in de lysaten worden geteld voor elk tijdstip en / of experimentele conditie. Deze benadering meldt de levensvatbaarheid van de totale bacteriële populatie, maar is niet in staat onderscheid te maken tussen de intracellulaire en extracellulaire overleving. Een variatie op het kiemgetal assay bescherming gentamicine assay specifiek meet intracellulaire bacteriële overleving, gebaseerd op het onvermogen van de antibiotica gentamicine de eukaryote plasmamembraan ⁶ steken. Echter, deze test is afhankelijk van de bacteriën gevoelig voor doding door gentamicine (of een ander antibioticum dat eveneens eukaryote membraan-impermeant) en het onvermogen van het antibioticum toegang tot interne bacteriën. Daarom kan een bescherming gentamicine assay niet effectief zijn voor de behandeling van bacteriële soort of bij de behandeling van bacteriële overleving in sterkpinocytose cellen zoals neutrofielen. Geen van deze benaderingen onthult de subcellulaire lokalisatie of ander gedrag van individuele bacteriën (bijvoorbeeld als de bacteriën vormen aggregaten of microkolonies die anders individuele bacteriële cellen zich gedragen). Een andere vaak gebruikte benadering om de levensvatbaarheid van individuele externe en interne bacteriën worden onderzocht dunne plaat transmissie elektronenmicroscopie (TEM). Deze benadering heeft het voordeel dat het kan informatie over de locatie van de bacteriën in gastheercellen (bijvoorbeeld fagosoom, cytoplasma, autophagosome), die verder kunnen worden onderzocht door immuno-elektronenmicroscopie met goud gekoppelde antilichamen tegen subcellulaire markers. Echter, elektronenmicroscopie is niet bijzonder gevoelig op het beoordelen van bacteriële levensvatbaarheid. Wanneer ingebedde secties worden gekleurd met uranylacetaat, loodcitraat of andere elektron-dichte reagentia en afgebeeld door elektronenmicroscopie worden elektron-dichte levensvatbare bacteriën en elektronische beschouwdtron-Lucent nonviable ^7,8. Echter, deze veronderstelling overschat bacteriële levensvatbaarheid, omdat alleen die dode bacteriën met ernstig verstoord membranen en verstoken van cytoplasma verschijnen elektron-Lucent. Bovendien kunnen sommige bacteriesoorten verschillende elektronendichtheden beeldscherm afhankelijk van het stadium van de groei, waardoor het moeilijk levensvatbaar bepalen.

Als alternatief of in aanvulling op deze gebruikte methoden, hier bieden wij protocollen en redenen voor het gebruik van fluorescente kleurstoffen die bacteriële levensvatbaarheid aan om de overleving van bacteriën bevestigd aan en geïnternaliseerd door gastheercellen te beoordelen. Om extracellulaire bacteriën te identificeren, worden geïnfecteerde cellen eerst blootgesteld aan een fluorescerend reagens, zoals een lectine of bacterie-specifiek antilichaam. De geïnfecteerde cellen worden vervolgens permeabel en blootgesteld aan DNA-specifieke kleurstoffen die differentieel toegankelijk bacteriën met intacte versus gedegradeerde membranen als een surrogaat voor bacteriële levensvatbaarheid. In de eerste pROTOCOL, het membraan permeabel kleurstof SYTO9 identificeert de totale bacteriële populatie, terwijl propidiumjodide is alleen toegankelijk voor de bacteriën die membranen hebben gecompromitteerd en worden dus beschouwd als niet-levensvatbaar. Propidiumjodide en SYTO9 zijn gebruikt om bacteriële levensvatbaarheid evalueren biofilms, onderscheiden van pathogene pathogene bacteriën en opsommen levensvatbare watergedragen bacteriën ^9-12. In het tweede protocol, 4 ', 6'-diamidino-2-fenylindool (DAPI) identificeert totale bacteriën, terwijl SYTOX Groen is alleen toegankelijk voor de niet-levensvatbaar bevolking. De levensvatbaarheid kleurstof paren te combineren met immunofluorescentie op locatie elke bacterie bepalen met betrekking tot een eiwit van belang, bijvoorbeeld bacteriële subcellulaire lokalisatie definiëren. Het gebruik van deze assays biedt belangrijke inzicht in de interacties die resulteren in bacteriële doden of overleving tijdens infectie van gastheercellen. De in dit artikel protocollen werden gebruikt om de levensvatbaarheid van beoordelenN. gonorrhoeae die van en in primaire humane neutrofielen, ook in verschillende populaties van neutrofielen phagosomes ^5,13,14 bevestigd. Echter, deze protocollen worden toegepast om de levensvatbaarheid van gram-positieve en gram-negatieve bacteriën beoordelen professionele fagocyten, niet-professionele fagocyten en protozoa ^15-24.