Summary

Een muizenmodel van groep B<em> Streptococcus</em> Vaginale Kolonisatie

Published: November 16, 2016
doi:

Summary

Het doel van dit protocol is voor de menselijke groep B Streptococcus (GBS) vaginale kolonisatie na te bootsen in een muismodel. Deze werkwijze kan worden gebruikt om immuunreacties van de gastheer en bacteriële factoren die GBS vaginale persistentie te onderzoeken, alsmede therapeutische strategieën testen.

Abstract

Streptococcus agalactiae (groep B streptococcus, GBS) is een Gram-positieve, asymptomatische kolonisator van het menselijke maagdarmkanaal en vaginale kanaal van 10 – 30% van de volwassenen. In immuun-gecompromitteerde individuen, met inbegrip van pasgeborenen, zwangere vrouwen en ouderen, kan GBS overschakelen naar een invasieve ziekteverwekker die aan sepsis, artritis, longontsteking en hersenvliesontsteking. Omdat GBS is een toonaangevende bacterieel pathogeen van pasgeborenen, is de huidige profylaxe bestaat uit de late zwangerschap screening voor GBS vaginale kolonisatie en de daaropvolgende peripartum antibiotische behandeling van GBS-positieve moeders. Zware GBS vaginale last is een risicofactor voor zowel de neonatale ziekte en kolonisatie. Helaas is er weinig bekend over de gastheer en bacteriële factoren die bevorderen of toestaan ​​GBS vaginale kolonisatie. Dit protocol beschrijft een techniek voor zij hardnekkige GBS vaginale kolonisatie met één β-estradiol voorbehandeling en dagelijks bemonstering bacteriële loa bepalend. Het verdere details methoden om aanvullende therapieën of reagentia van belang te beheren en vaginale lavage vloeistof en voortplantingsorganen weefsels te verzamelen. Deze muis model zal het begrip van de GBS-gastheer interactie binnen de vaginale omgeving, die zal leiden tot een potentiële therapeutische doelen aan maternale vaginale kolonisatie controle tijdens de zwangerschap en de overdracht aan de kwetsbare pasgeboren voorkomen bevorderen. Het zal ook van belang zijn voor ons begrip van de algemene bacterie-gastheer interacties in de vrouwelijke vaginale-darmkanaal te verhogen.

Introduction

Streptococcus agalactiae, groep B Streptococcus (GBS), een ingekapselde, Gram-positieve bacterie die vaak wordt geïsoleerd uit de darm en urogenitale tractus van gezonde volwassenen. In de jaren 1970, GBS naar voren als de belangrijkste agent van besmettelijke neonatale sterfte, met meer dan 7.000 gevallen van neonatale ziekte jaarlijks 1. Early-onset GBS-infectie (EOD) komt in de eerste uren of dagen van het leven, ontstaat als longontsteking of ademhalingsproblemen, en vaak ontwikkelt tot sepsis, terwijl de late vorm van de ziekte (LOD) ontstaat na enkele maanden en presenteert met bacteriëmie, die vaak voorschotten aan meningitis 2. Met ingang van 2002, de Centers for Disease Control and Prevention beveelt universele screening voor GBS vaginale kolonisatie in de late zwangerschap en de bevalling antibioticaprofylaxe (IAP) naar GBS-positieve moeders 1. Ondanks het terugdringen van de vorm van de ziekte tot ongeveer 1000 gevallen in de Verenigde Staten jaarlijks door IAP,GBS blijft de belangrijkste oorzaak van vroege-onset neonatale sepsis, en late-onset optreden blijft onaangetast 1. Of het nu in de baarmoeder, tijdens de bevalling, of zelfs in late-onset gevallen, neonatale blootstelling aan GBS moet overleven, transversale via een aantal host-omgevingen en barrières, het immuunsysteem fraude, en, in het geval van meningitis, kruising van de sterk gereguleerde bloed- hersenbarrière 2. Stroomopwaarts van deze virulente interacties binnen de pasgeborene is de eerste kolonisatie van de maternale vaginale kanaal. Maternale GBS vaginale kolonisatie tarieven variëren 8-18% in de ontwikkelde landen en ontwikkelingslanden, met een geschatte gemiddelde van 12,7% 3,4. GBS kolonisatie van de vaginale-darmkanaal tijdens de zwangerschap kan constant, intermitterend of voorbijgaande aard onder individuele vrouwen 5 zijn. Interessant is dat een leeftijd van de moeder> 36 jaar in verband met aanhoudende kolonisatie 6. Tal van biologische en sociaal-economische risicofactoren voor GBS vaginale kolonisatiegeïdentificeerd. Biologische factoren omvatten gastrointestinale GBS kolonisatie en afwezigheid van Lactobacillus in de darm. Echter, etniciteit, obesitas, hygiëne en seksuele activiteit ook in verband gebracht met GBS vaginale wagen 7.

Hoewel bekend voor het veroorzaken neonatale infecties GBS veroorzaakt ook verschillende maternale infecties zowel peripartum en postpartum. GBS slede is verhoogd bij vrouwen presenteren met vaginitis 8 en in sommige gevallen zelfs het ziektebeeld 9 zijn. Bovendien kan GBS hemelvaart van de voortplantingsorganen tijdens de zwangerschap leiden tot een intra-amniotische infectie of chorioamnionitis 10. Bovendien, tot 3,5% van de zwangerschappen, GBS verspreidt de urineblaas een urineweginfectie of asymptomatische bacteriurie 11 veroorzaken. GBS bacteriurie tijdens de zwangerschap is geassocieerd met een verhoogd risico op de bevalling koorts, chorioamnionitis, vroeggeboorte en premature breken van de vliezen 12. Samengevat, is de aanwezigheid van GBS in de vaginale kanaal houden met ontstekingen meerdere gastheerweefsels, en de mogelijkheid om GBS elimineren van deze niche is noodzakelijk voor zowel maternale en neonatale gezondheid.

Tot voor kort, de meeste werkzaamheden onderzoeken GBS interacties met de cervicovaginal tract werd alleen in vitro celmodellen 13-15. Deze in vitro experimenten bacteriële factoren die belangrijk zijn voor hechting zijn, waaronder oppervlakte-eiwitten bleek zo'n pili en serine-rijke repeats 17,18, evenals twee componenten regelsystemen 15,19 en de globale transcriptionele respons van het vaginale epitheel GBS 19. Echter, de gastheer-microbe interacties volledig helderen binnen het vaginale kanaal, een robuuste diermodel noodzakelijk. Vroeg werk aangetoond dat GBS uit de vaginale landstreek van geënte muizen 20,21 en ratten kunnen worden hersteld <sup> 22 in zowel de zwangere en niet-zwangere omstandigheden. In 2005 werd op korte termijn GBS vaginale kolonisatie gemodelleerd bij muizen om de werkzaamheid van een faag lytisch enzym te onderzoeken tot vaginale GBS behandelen gedurende een periode van 24 uur 23. Enkele jaren later, werd een lange-termijn GBS vaginale kolonisatie muismodel ontwikkeld om gastheer en bacteriële factoren die GBS doorzettingsvermogen te bestuderen. Dit model heeft talrijke GBS factoren die kolonisatie, waaronder oppervlak appendages 17,18 en GBS tweecomponentensystemen 19,24 geïdentificeerd. Dit model heeft bijgedragen tot de identificatie van gastheer respons mechanismen 19,25 en werd gebruikt om verschillende therapeutische strategieën, met inbegrip van immunomodulerende peptiden 26 en probiotica 27 te testen. Dit protocol geeft de nodige begeleiding om GBS te enten in de muis vaginale-darmkanaal en vervolgens kolonisatie te volgen en het verzamelen van monsters voor verdere analyse.

Protocol

Alle dierlijke werk werd goedgekeurd door het Bureau van Lab Animal Care in San Diego State University en uitgevoerd onder aanvaarde veterinaire normen. Vrouwelijke muizen, leeftijd 8-16 weken werden gebruikt voor de ontwikkeling van deze methode. 1. Voorbereiding en intraperitoneale injectie van β-estradiol Meet β-estradiol (0,5 mg / muis) op weeg papier, terwijl het dragen van persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM). LET OP: β-oestradiol kan worden geabsorbeerd door de huid en sl…

Representative Results

Bij de ontwikkeling van dit model zijn verschillende opmerkingen over factoren die de duur van GBS vaginale kolonisatie beïnvloeden. Om te bepalen hoe estrous stadium bij enting gevolgen GBS bacteriële persistentie werden muizen gehouden op de dag van de inenting via vaginale lavage vloeistof. Figuur 1 illustreert de vier fasen van de muis loopsheid, zoals bepaald door middel van nat-mount vaginale lavage vloeistof, een bekende methode 29. Muizen werden verd…

Discussion

Om de voortgang van het begrijpen van GBS interactie met zowel de gastheer en andere microben in het kader van de gastheer te bevorderen, wordt een diermodel vereist. Dit werk beschrijft de technische aspecten van de oprichting van GBS vaginale kolonisatie in muizen. Dit protocol realiseert> 90% kolonisatie van muizen zonder het gebruik van anesthetica bacteriën enten of swabmonsters, immuun-onderdrukkende verzamelen om kolonisatie mogelijk, vaginale voorwassen of additieven voor het inoculum verdikken. Bovendien is…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

We would like to thank the vivarium manager and staff at San Diego State University for support with animal husbandry. During this work, K.A.P. was supported by an ARCS scholarship and a fellowship from the Inamori Foundation. K.S.D. is supported by an R01 grant, NS051247, from the National Institutes of Health.

Materials

Sesame oil  Sigma Aldrich S3547-250ML
β-Estradiol  Sigma Aldrich E8875-1G CAUTION: Wear appropriate PPE. β-estradiol can be absorbed through the skin and mucosal surfaces. 
200 μL gel loading pipette tips  USA Scientific 1252-0610
Urethro-genital, sterile, calcium alginate swabs Puritan 25-801 A 50
CHROMagar StrepB DRG International SB282
Todd Hewitt Broth Hardy Diagnostics 7161C
18 G, 1.5 inch needles BD 305199
26 G, 0.5 inch needles BD 305111
10 mL syringes BD 309604
1 mL syringes BD 309659
0.45 μm PVDF syringe filters Whatman 6900-2504
Dulbecco's Phosphate-Buffered Salt Solution 1X Corning 21-031-CV

References

  1. Verani, J. R., McGee, L., Schrag, S. J. Prevention of perinatal group B streptococcal disease–revised guidelines from CDC. MMWR. Recomm. Rep. 59 (RR-10), 1-36 (2010).
  2. Maisey, H. C., Doran, K. S., Nizet, V. Recent advances in understanding the molecular basis of group B Streptococcus virulence. Expert Rev. Mol. Med. 10, e27 (2008).
  3. Regan, J. A., Klebanoff, M. A., Nugent, R. P. The epidemiology of group B streptococcal colonization in pregnancy. Vaginal Infections and Prematurity Study Group. Obstet. Gynecol. 77 (4), 604-610 (1991).
  4. Stoll, B. J., Schuchat, A. Maternal carriage of group B streptococci in developing countries. Pediatr. Infect. Dis. J. 17 (6), 499-503 (1998).
  5. Brzychczy-Wloch, M., et al. Dynamics of colonization with group B streptococci in relation to normal flora in women during subsequent trimesters of pregnancy. New Microbiol. 37 (3), 307-319 (2014).
  6. Manning, S. D., Lewis, M. A., Springman, A. C., Lehotzky, E., Whittam, T. S., Davies, H. D. Genotypic diversity and serotype distribution of group B streptococcus isolated from women before and after delivery. Clin. Infect. Dis. 46 (12), 1829-1837 (2008).
  7. Le Doare, K., Heath, P. T. An overview of global GBS epidemiology. Vaccine. 31 (Suppl 4), D7-D12 (2013).
  8. Jensen, N. E., Andersen, B. L. The prevalence of group B streptococci in human urogenital secretions. Scand. J. Infect. Dis. 11 (3), 199-202 (1979).
  9. Honig, E., Mouton, J. W., van der Meijden, W. I. Can group B streptococci cause symptomatic vaginitis?. Infect. Dis. Obstet. Gynecol. 7 (4), 206-209 (1999).
  10. Muller, A. E., Oostvogel, P. M., Steegers, E. A., Dorr, P. J. Morbidity related to maternal group B streptococcal infections. Acta Obstet. Gynecol. Scand. 85 (9), 1027-1037 (2006).
  11. Ulett, K. B., et al. Diversity of group B streptococcus serotypes causing urinary tract infection in adults. J. Clin. Microbiol. 47 (7), 2055-2060 (2009).
  12. Kessous, R., et al. Bacteruria with group-B streptococcus: is it a risk factor for adverse pregnancy outcomes?. J. Matern. Fetal. Neonatal. Med. 25 (10), 1983-1986 (2012).
  13. Jelìnková, J., Grabovskaya, K. B., Rýc, M., Bulgakova, T. N., Totolian, A. A. Adherence of vaginal and pharyngeal strains of group B streptococci to human vaginal and pharyngeal epithelial cells. Zentralbl. Bakteriol. Mikrobiol. Hyg. A. 262 (4), 492-499 (1986).
  14. Zarate, G., Nader-Macias, M. E. Influence of probiotic vaginal lactobacilli on in vitro adhesion of urogenital pathogens to vaginal epithelial cells. Lett. Appl. Microbiol. 43 (2), 174-180 (2006).
  15. Johri, A. K., et al. Transcriptional and proteomic profiles of group B Streptococcus type V reveal potential adherence proteins associated with high-level invasion. Infect. Immun. 75 (3), 1473-1483 (2007).
  16. Park, S. E., Jiang, S., Wessels, M. R. CsrRS and environmental pH regulate group B streptococcus adherence to human epithelial cells and extracellular matrix. Infect. Immun. 80 (11), 3975-3984 (2012).
  17. Sheen, T. R., Jimenez, A., Wang, N. Y., Banerjee, A., van Sorge, N. M., Doran, K. S. Serine-rich repeat proteins and pili promote Streptococcus agalactiae colonization of the vaginal tract. J. Bacteriol. 193 (24), 6834-6842 (2011).
  18. Wang, N. Y., et al. Group B streptococcal serine-rich repeat proteins promote interaction with fibrinogen and vaginal colonization. J. Infect. Dis. 210 (6), 982-991 (2014).
  19. Patras, K. A., et al. Group B Streptococcus CovR regulation modulates host immune signalling pathways to promote vaginal colonization. Cell. Microbiol. 15 (7), 1154-1167 (2013).
  20. Furtado, D. Experimental group B streptococcal infections in mice: hematogenous virulence and mucosal colonization. Infect. Immun. 13 (5), 1315-1320 (1976).
  21. Cox, F. Prevention of group B streptococcal colonization with topically applied lipoteichoic acid in a maternal-newborn mouse model. Pediatr. Res. 16 (10), 816-819 (1982).
  22. Ancona, R. J., Ferrieri, P. Experimental vaginal colonization and mother-infant transmission of group B streptococci in rats. Infect. Immun. 26 (2), 599-603 (1979).
  23. Cheng, Q., Nelson, D., Zhu, S., Fischetti, V. A. Removal of group B streptococci colonizing the vagina and oropharynx of mice with a bacteriophage lytic enzyme. Antimicrob. Agents Chemother. 49 (1), 111-117 (2005).
  24. Faralla, C., et al. Analysis of two-component systems in group B Streptococcus shows that RgfAC and the novel FspSR modulate virulence and bacterial fitness. mBio. 5 (3), e00870-e00814 (2014).
  25. Patras, K. A., Rösler, B., Thoman, M. L., Doran, K. S. Characterization of host immunity during persistent vaginal colonization by. Group B Streptococcus. Mucosal Immunol. 8 (6), 1339-1348 (2015).
  26. Cavaco, C. K., et al. A novel C5a-derived immunobiotic peptide reduces Streptococcus agalactiae colonization through targeted bacterial killing. Antimicrob. Agents Chemother. 57 (11), 5492-5499 (2013).
  27. Patras, K. A., Wescombe, P. A., Rösler, B., Hale, J. D., Tagg, J. R., Doran, K. S. Streptococcus salivarius K12 limits group B Streptococcus vaginal colonization. Infect. Immun. 83 (9), 3438-3444 (2015).
  28. Shimizu, S. Routes of administration. The Laboratory Mouse. Chapter. 32, 534-535 (2004).
  29. Caligioni, C. S. Assessing reproductive status/stages in mice. Curr. Protoc. Neurosci. 48, A.4I.1-A.4I.8 (2009).
  30. Furr, P. M., Hetherington, C. M., Taylor-Robinson, D. The susceptibility of germ-free, oestradiol-treated, mice to Mycoplasma hominis. J. Med. Microbiol. 30 (3), 233-236 (1989).
  31. Mosci, P., et al. Mouse strain-dependent differences in estrogen sensitivity during vaginal candidiasis. Mycopathologia. 175 (1-2), 1-11 (2013).
  32. Poisson, D. M., Chandemerle, M., Guinard, J., Evrard, M. L., Naydenova, D., Mesnard, L. Evaluation of CHROMagar StrepB: a new chromogenic agar medium for aerobic detection of Group B Streptococci in perinatal samples. J. Microbiol. Methods. 82 (3), 238-242 (2010).
  33. Carey, A. J., et al. Infection and cellular defense dynamics in a novel 17beta-estradiol murine model of chronic human group B streptococcus genital tract colonization reveal a role for hemolysin in persistence and neutrophil accumulation. J. Immunol. 192 (4), 1718-1731 (2014).
  34. Randis, T. M., et al. Group B Streptococcus beta-hemolysin/cytolysin breaches maternal-fetal barriers to cause preterm birth and intrauterine fetal demise in vivo. J. Infect. Dis. 210 (2), 265-273 (2014).
  35. Gendrin, C., et al. Mast cell degranulation by a hemolytic lipid toxin decreases GBS colonization and infection. Sci Adv. 1 (6), e1400225 (2015).
  36. Santillan, D. A., Rai, K. K., Santillan, M. K., Krishnamachari, Y., Salem, A. K., Hunter, S. K. Efficacy of polymeric encapsulated C5a peptidase-based group B streptococcus vaccines in a murine model. Am. J. Obstet. Gynecol. 205 (3), e1-e8 (2011).
  37. De Gregorio, P. R., Juárez Tomás, M. S., Nader-Macìas, M. E. Immunomodulation of Lactobacillus reuteri CRL1324 on Group B Streptococcus Vaginal Colonization in a Murine Experimental Model. Am. J. Reprod. Immunol. 75 (1), 23-35 (2016).
  38. Whidbey, C., et al. A streptococcal lipid toxin induces membrane permeabilization and pyroptosis leading to fetal injury. EMBO Mol. Med. 7 (4), 488-505 (2015).
  39. Santillan, D. A., Andracki, M. E., Hunter, S. K. Protective immunization in mice against group B streptococci using encapsulated C5a peptidase. Am. J. Obstet. Gynecol. 198 (1), e1-e6 (2008).
  40. Cheng, Q., Fischetti, V. A. Mutagenesis of a bacteriophage lytic enzyme PlyGBS significantly increases its antibacterial activity against group B streptococci. Appl. Microbiol. Biotechnol. 74 (6), 1284-1291 (2007).
  41. De Gregorio, P. R., Juárez Tomás, M. S., Leccese Terraf, M. C., Nader-Macìas, M. E. In vitro and in vivo effects of beneficial vaginal lactobacilli on pathogens responsible for urogenital tract infections. J. Med. Microbiol. 63 (Pt 5), 685-696 (2014).
  42. De Gregorio, P. R., Juárez Tomás, M. S., Leccese Terraf, M. C., Nader-Macìas, M. E. Preventive effect of Lactobacillus reuteri CRL1324 on Group B Streptococcus vaginal colonization in an experimental mouse model. J. Appl. Microbiol. 118 (4), 1034-1047 (2015).
  43. Carey, A. J., et al. Interleukin-17A Contributes to the Control of Streptococcus pyogenes Colonization and Inflammation of the Female Genital Tract. Sci. Rep. 31 (6), 26836 (2016).
  44. Hickey, D. K., Patel, M. V., Fahey, J. V., Wira, C. R. Innate and adaptive immunity at mucosal surfaces of the female reproductive tract: stratification and integration of immune protection against the transmission of sexually transmitted infections. J. Reprod. Immunol. 88 (2), 185-194 (2011).
  45. Boskey, E. R., Telsch, K. M., Whaley, K. J., Moench, T. R., Cone, R. A. Acid production by vaginal flora in vitro is consistent with the rate and extent of vaginal acidification. Infect. Immun. 67 (10), 5170-5175 (1999).
  46. Meysick, K. C., Garber, G. E. Interactions between Trichomonas vaginalis and vaginal flora in a mouse model. J. Parasitol. 78 (1), 157-160 (1992).

Play Video

Cite This Article
Patras, K. A., Doran, K. S. A Murine Model of Group B Streptococcus Vaginal Colonization. J. Vis. Exp. (117), e54708, doi:10.3791/54708 (2016).

View Video