Labortechniken zur Aufrechterhaltung und Differenzierung von Biotypen von<em> Vibrio cholerae</em> Klinische und umweltliche Isolate

Cholera ist eine Erkrankung des distalen Dünndarms, die durch den Verzehr von kontaminierten Lebensmitteln oder Wasser verursacht wird, die das aquatische Gram-negative Bakterium Vibrio cholerae enthalten. Symptome der Cholera sind Erbrechen und unkontrollierbare wässrige Durchfall, was zu schweren Dehydratation, die, wenn nicht richtig behandelt, wird zum Tod führen. V. Cholerae können in über 200 Serogruppen aufgeteilt werden, basierend auf der Struktur des Zelloberflächen-Lipopolysaccharids O-Antigens. Allerdings haben nur 2 Serogruppen, O1 und O139, epidemisches oder pandemisches Potential ^{1 , 2 gezeigt} . Darüber hinaus ist die Serogruppe O139 in erster Linie nach Südostasien ^{3 , 4} isoliert, während die Serogruppe O1 weltweit verteilt ist. Darüber hinaus kann die O1-Serogruppe in 2 Haupt-Biotypen unterteilt werden: klassisch und El Tor. Der klassische Biotyp war für die erste 6 Cholera-Pandemie verantwortlichS zwischen 1817 und 1923. Die laufende siebte Pandemie ist ein Ergebnis des El Tor Biotyps, der weltweit den klassischen Biotyp in der Umwelt ^{5 , 6 , 7} vertrieben ^hat . In letzter Zeit sind Stämme aufgetreten, die charakteristische Merkmale sowohl der klassischen als auch der El Tor-Biotypen ^{8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17} enthalten und seither als El Tor-Varianten ^{13 , 17 bezeichnet werden} . Einige El Tor-Varianten haben erhöhte Virulenz-Fähigkeiten mit einer schnelleren und schweren Krankheitsprogression gezeigt als bisher beobachtet, betontDie Notwendigkeit eines umfassenderen Ansatzes zur Identifizierung von Mitteln und zur Vorbeugung von Krankheiten ^{8 , 9 , 18} . Während die Biotyp-Identifizierung nicht sofort die Behandlung diktiert, können weitere Fortschritte in der Impfstoffentwicklung und zukünftigen therapeutischen Mitteln von der Biotypunterscheidung profitieren.

Die erste Reihe von Protokollen, die hier aufgelistet sind, ermöglicht es den Ermittlern, V richtig zu pflegen. Cholerae-Stämme im Laborbereich. Konsistenz und anschließende Analyse erfordert die Vorbereitung und das Wachstum von Isolaten, die nicht biotypabhängig sind. Um jedoch die Virulenzgenexpression optimal zu induzieren, sind unabhängige biotypspezifische Kultivierungstechniken erforderlich. Darüber hinaus ist die Vorbereitung für verschiedene genetische und biochemische Assays in diesem Manuskript skizziert.

Cholera-Toxin (CT) und das Toxin co-reGulf Pilot (TCP) sind zwei Hauptvirulenzfaktoren, die vom Masterregler ToxT in beiden Biotypen des V gesteuert werden. Cholerae O1 serogruppe ²⁰ CT ist ein bipartites Toxin aus fünf CtxB Untereinheiten, die eine einzelne CtxA-Untereinheit umgeben, und ist verantwortlich für den schnellen Elektrolytverlust, der mit Cholera verbunden ist. TCP ist ein Typ-IV-Pilus, der von dem tcp- Operon ( tcpABQCRDSTEF ) codiert wird, und ist an der Anhaftung und Besiedlung des distalen Dünndarms beteiligt. TcpA ist das erste Gen des tcp- Operons, das für die einzelnen Pilinuntereinheiten kodiert, die für den Bau des Pilus ⁸ wesentlich sind. Die Gensequenz für ctxA ist vollständig zwischen klassischen und El Tor Biotypen konserviert , während ctxB und tcpA sich über die beiden Biotypen unterscheiden, aber in jedem Biotyp ⁸ konserviert sind. CtxB ist vollständig zwischen Biotypen außer bei zwei Base posi konserviert(115 und 203). Im El-Tor-Biotyp befindet sich Thymin an den Basenpositionen 115 und 203, während der klassische Biotyp an diesen Basen Cytosin enthält. TcpA ist in jedem Biotyp vollständig konserviert, unterscheidet sich aber bei mehreren Basen zwischen Biotypen. Diese genetischen Unterscheidungen dienen als primäre Biotyp-Identifikationsmarker, und nach der Sequenzierung des Polymerasekettenreaktions- (PCR-) Amplifikationsprodukts einschließlich dieser Stellen können Isolationssequenzen mit Wildtyp (WT) klassischem O395 oder WT El Tor N16961 verglichen werden, um den Biotyphintergrund zu bestimmen Von CT und TCP in einem gegebenen V. cholerae- Isolat.

Es wurden zahlreiche Protokolle entwickelt, um die phänotypischen Unterscheidungen zwischen den klassischen und den El Tor Biotypen ^{21 , 22 , 23} zu charakterisieren. Polymyxin B ist ein Peptid-Antibiotikum, das die Integrität der äußeren Zellmembran im Gram-negativen bac kompromittiertTeria und Polymyxin B-Resistenz können durch den Polymyxin-B-Resistenz-Assay ²¹ sichtbar gemacht werden. Citrat ist ein primäres Substrat des Kreb-Zyklus, und die Fähigkeit, Citrat als einzige Kohlenstoffquelle zu metabolisieren, kann unter Verwendung des Citratmetabolismus-Assays ^{22 bestimmt werden} . HapR kodiert einen globalen regulator und den master quorum-sensing regulator in V. cholerae, HapR, der an verschiedene Promotorregionen bindet und die Gen- und Operon-Expression ²⁴ reguliert. Einige pathogene Stämme von V. cholerae haben eine natürlich vorkommende Frame-Shift-Mutation im hapR- Gen, die diese dichteabhängige Regulation der Virulenzgenexpression verursacht hat, um ^{24 , 25} verloren zu werden. Die Messung der HapR-regulierten Protease-Aktivität unter Verwendung von Milch-Agar-Medien ermöglicht es dem Forscher zu identifizieren, ob ein bestimmtes Isolat eine funktionelle HapR ^{23 enthält} . DasHämolyse-Assay-Tests für die Fähigkeit eines Stammes, hämolytische Enzyme zu sezernieren, die rote Blutkörperchen lysieren; Der Grad der Hämolyse kann auf Blut-Agarplatten ²³ sichtbar gemacht werden. Die Motilität ist oft mit der Virulenz in V. cholerae assoziiert und kann mit Motilitäts-Agarplatten 23 analysiert werden. Die Voges-Proskauer-Assay-Tests für die Fähigkeit eines Stammes, Glukose als einzige Kohlenstoffquelle zu gären und das Nebenprodukt Acetoin zu produzieren ²¹ . Mit der Entstehung von El Tor-Varianten ist es schwierig, die Ergebnisse eines gegebenen phänotypischen Assays ohne umfangreiches genotypisches Screening vorherzusagen und vor dem Ableiten des Biotyp-Hintergrunds von V. Cholerae-Isolate ist es empfehlenswert, diese Assemblierung von Assays ²³ durchzuführen und die Ergebnisse mit Referenzstämmen wie in Tabelle 2 zu vergleichen.

Hier haben wir eine Reihe von Protokollen vorgestellt, die gemeinsam den Vorläufer nutzenGenotypische und phänotypische Assays für einen umfassenderen Ansatz zur Charakterisierung von V. Cholerae biotypen Darüber hinaus haben wir die genotypischen und phänotypischen Unterscheidungen der bekannten V beschrieben. Cholerae El Tor-Varianten (MQ1795 und BAA-2163) im Vergleich zu den üblicherweise verwendeten Biotyp-Referenzstämmen (WT-Klassik O395, WT El Tor C6706 und WT El Tor N16961, Tabelle 1 ). Die Entstehung von El Tor-Varianten hat Herausforderungen für die Zuverlässigkeit von zuvor eingesetzten Single-Assay-Biotyp-Charakterisierungsprotokollen herausgestellt; Dieses Mehrfach-Assay-Identifizierungssystem wird jedoch eine zuverlässigere Charakterisierung von klinischen und ökologischen V ermöglichen. Cholerae isoliert.