Обнаружение энтерогеморрагические Escherichia Coli колонизации в мышиных принимающей системой неинвазивные в Vivo биолюминесценции
Summary
Представлен подробный протокол мыши модели для энтерогеморрагические E. coli (EHEC) колонизации с помощью биолюминесценции меченых бактерий. Обнаружение этих биолюминесцентных бактерий неинвазивные в vivo imaging системы в живых животных можно заранее нашего нынешнего понимания особенностей ЭГКП колонизации.
Abstract
Энтерогеморрагические E. coli (EHEC) O157: H7, который является пищевых патогенов, causesdiarrhea, геморрагический колит (СС), и гемолитический уремический синдром (ГУС), колонизации кишечного тракта человека. Чтобы изучить подробные механизм ЭГКП колонизации в естественных условиях, важно иметь животных моделей для мониторинга и количественной оценки ЭГКП колонизации. Мы демонстрируем здесь модель колонизации мыши-инфекции ЭГКП, превращая биолюминесцентных выражая плазмиды к инфекции ЭГКП для мониторинга и количественной оценки ЭГКП колонизации в жизни хозяев. Животные привиты с помечены биолюминесценция ЭГКП Показать интенсивной биолюминесцентных сигналов в мышей обнаружения с неинвазивные в vivo imaging системы. После того, как 1 и 2 дней после инфицирования, биолюминесцентных сигналы могут по-прежнему быть обнаружены в зараженных животных, который свидетельствует о том, что ЭГКП колонизировать в hosts для по крайней мере 2 дней. Мы также продемонстрировать, что эти биолюминесцентных ЭГКП locate для мыши кишечника, особенно в слепой кишки и толстой кишки, от ex vivo изображений. Эта модель колонизации мыши ЭГКП может служить в качестве инструмента для продвижения текущий набор знаний о механизме колонизации ЭГКП.
Introduction
EHEC O157: H7 является возбудителя, который вызывает понос1, HS2, Гус3и4 даже острая почечная недостаточность через загрязненной воды или пищи. ЭГКП является патогенным enterobacterium и колонизирует желудочно-кишечного тракта человека1. Когда впервые ЭГКП придерживаться принимающей кишечного эпителия, они впрыскивают факторов колонизации в клетки хозяина через систему секреции типа III (T3SS), которая функционирует как молекулярные шприц вызывая присоединения и их стирания (A/E) поражения впоследствии для обеспечения адгезия (колонизация)5. Эти гены, участвующих в формировании A/E поражения кодируются Локус энтероцитах самоотречение (ли) патогенности остров5.
Биолюминесценции — свет производителей химическая реакция, в которой Люцифераза катализирует ее люциферин субстрат для создания видимый свет6. Это ферментативный процесс часто требует присутствия кислорода или аденозинтрифосфатом (АТФ)6. Биолюминесценции изображений (BLI) позволяет исследователям визуализации и квантование хост возбудитель взаимодействий в живых животных7. BLI могут характеризовать цикла бактериальной инфекции в живых животных, следуя биолюминесцентных бактерий, как они мигрируют к и вторгнуться в7различных тканей; Это показывает динамический прогрессирования инфекции. Кроме того бактериальной нагрузки в животных связана с биолюминесцентных сигнал8; Таким образом он является удобным показателем для оценки патологических условиях экспериментальных животных в простой и прямой путь.
Плазмиды, здесь содержится Оперон Люцифераза, luxCDABE, который от бактерии Photorhabdus luminescens , который кодирует его собственный Люцифераза субстрата7,9. Путем преобразования этого выражения Люцифераза плазмида в бактерии, колонизации и инфекции процессы может контролироваться путем наблюдать эти биолюминесцентных бактерий в живых животных. В целом BLI и биолюминесценции меченых бактерий позволяют исследователям для мониторинга бактериальных числа и местоположения, бактериальных жизнеспособности с антибиотиков терапии и выражение гена бактериальной инфекции/колонизации6, 7. поступили многочисленных патогенных бактерий, что Экспресс luxCDABE Оперон для изучения их выражение цикла и/или гена инфекции в инфекции. Эти бактерии, включая uropathogenic E. coli10, ЭГКП8,11,12,13, энтеропатогенные E. coli (EPEC)8, Citrobacter rodentium14,15, Salmonella typhimurium16, Listeria monocytogenes17, Yersinia enterocolitica18,19, и холерный вибрион20, документально подтверждены.
Некоторые экспериментальные модели были разработаны для содействия изучению колонизации ЭГКП in vitro и in vivo22,–21,23. Однако есть отсутствие подходящих животных моделей для изучения ЭГКП колонизации в естественных условияхи, таким образом, результирующая нехватка деталей. Чтобы облегчить изучение ЭГКП колонизации механизм в естественных условиях, он ценен для построения животных моделей для наблюдения и количественно ЭГКП колонизации в живых животных неинвазивным методом.
Эта рукопись описывает модель колонизации мыши-инфекции ЭГКП, которая использует систему биолюминесцентных выражая для мониторинга ЭГКП колонизации со временем в жизни хозяев. Мышей intragastrically привиты с помечены биолюминесценция ЭГКП и биолюминесцентных сигнала в мышах с неинвазивные в vivo imaging системы13. Мышей, инфицированных биолюминесценции меченых ЭГКП, показали значительные биолюминесцентных сигналов в их intestine после 2 дней после инфекции, которая предлагает что эти бактерии колонизировали в кишечнике хоста через 2 дня после заражения. Ex vivo данные изображения показали, что этот колонизации специально в слепой кишки и толстой кишки мышей. С помощью этой модели мыши-инфекции ЭГКП, биолюминесцентных колонизации ЭГКП могут быть обнаружены в узле жизни в естественных условиях imaging системы, чтобы изучить подробные механизмы колонизации кишечных бактерий, которые могут способствовать дальнейшему пониманию в ЭГКП индуцированной физиологические и патологические изменения.
Protocol
Representative Results
Discussion
Сообщается, что ЭГКП преобразована с Люцифераза плазмида была использована для изучения его локализации в hosts или выражение гена в vivo8,,1112. Для обнаружения инфекции ЭГКП колонизировали сроков и локализации в мышиных хост8…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы признаем Чи-Чун Чен из департамента медицинских исследований, Chi Mei медицинский центр (Тайнань, Тайвань) за помощь в мыши, инфекции, а также поддержку от лабораторных животных центра национального университета Cheng Kung. Эта работа поддерживается министра науки и технологии (большинство) предоставляет CC (наиболее 104-2321-B-006-019, 105-2321-B-006–011,-005 and106-2321-B-006).
Materials
| Shaker incubator | YIH DER | LM-570R | bacteria incubation |
| Orbital shaking incubator | FIRSTEK | S300 | bacteria incubation |
| pBSL180 | source of nptII gene | ||
| pAKlux2 | source of luxCDABE operon | ||
| T&A Cloning Kit | Yeastern Biotech | FYC001-20P | use for TA cloning |
| Nsi I | NEB | R0127S | use for plasmid cloning |
| Sca I | NEB | R0122S | use for plasmid cloning |
| Spe I-HF | NEB | R0133S | use for plasmid cloning |
| Sma I | NEB | R0141S | use for plasmid cloning |
| T4 ligase | NEB | M0202S | use for plasmid cloning |
| Ex Taq | TaKaRa | RR001A | use for PCR amplification |
| 10X Ex Taq Buffer | TaKaRa | RR001A | use for PCR amplification |
| dNTP Mixture | TaKaRa | RR001A | use for PCR amplification |
| PCR machine | applied Biosystem | 2720 thermal cycler | for PCR amplification |
| Glycerol | SIGMA | G5516-1L | use for bacteria stocking solution |
| NaCl | Sigma | 31434-5KG-R | chemical for making LB medium, 10 g/L |
| Tryptone | CONDA pronadisa | Cat 1612.00 | chemical for making LB medium, 10 g/L |
| Yeast Extract powder | Affymetrix | 23547-1 KG | chemical for making LB medium, 5 g/L |
| Agar | CONDA pronadisa | Cat 1802.00 | chemical for making LB agar |
| kanamycin | Sigma | K4000-5G | antibiotics, use for seleciton |
| streptomycin | Sigma | S6501-100G | antibiotics, eliminate the microbiota in mice |
| EDL933 competent cell | Homemade | method is on supplemental document | |
| Electroporator | MicroPulser | for electroporation | |
| Electroporation Cuvettes | Gene Pulser/MicroPulser | 1652086 | for electroporation |
| High-speed centrifuge | Beckman Coulter | Avanti, J-26S XP | use for centrifuging bacteria |
| Fixed-Angle Rotor | Beckman Coulter | JA25.5 | use for centrifuging bacteria |
| Fixed-Angle Rotor | Beckman Coulter | JLA10.5 | use for centrifuging bacteria |
| centrifuge bottles | Beckman Coulter | REF357003 | use for centrifuging bacteria |
| centrifuge bottles | Thermo Fisher scientific | 3141-0500 | use for centrifuging bacteria |
| eppendorf biophotometer plus | eppendorf | AG 22331 hamburg | for measuring the OD600 value of bacteria |
| C57BL/6 mice | Laboratory Animal Center of NCKU | ||
| lab coat, gloves | for personnel protection | ||
| isoflurane | Panion & BF Biotech Inc. | G-8669 | for mice anesthesia, pharmaceutical grade |
| 1ml syringe | use for oral gavage of mice | ||
| Reusable 22 G ball-tipped feeding needle | φ0.9 mm X L 50 mm | use for oral gavage of mice | |
| surgical scissors | use for mice experiment | ||
| Xenogen IVIS 200 imaging system | Perkin Elmer | IVIS spectrum | use for bioluminescent image capture |
| Living Image Software | Perkin Elmer | version 4.1 | use for quantifying the image data |
References
- Pennington, H. Escherichia coli O157. Lancet. 376 (9750), 1428-1435 (2010).
- Mayer, C. L., Leibowitz, C. S., Kurosawa, S., Stearns-Kurosawa, D. J. Shiga toxins and the pathophysiology of hemolytic uremic syndrome in humans and animals. Toxins (Basel). 4 (11), 1261-1287 (2012).
- Tarr, P. I., Gordon, C. A., Chandler, W. L. Shiga-toxin-producing Escherichia coli and haemolytic uraemic syndrome. Lancet. 365 (9464), 1073-1086 (2005).
- Obrig, T. G. Escherichia coli Shiga Toxin Mechanisms of Action in Renal Disease. Toxins (Basel). 2 (12), 2769-2794 (2010).
- Nguyen, Y., Sperandio, V. Enterohemorrhagic E. coli (EHEC) pathogenesis. Front Cell Infect Microbiol. 2, 90 (2012).
- Wiles, S., Robertson, B. D., Frankel, G., Kerton, A. Bioluminescent monitoring of in vivo colonization and clearance dynamics by light-emitting bacteria. Methods Mol Biol. 574, 137-153 (2009).
- Hutchens, M., Luker, G. D. Applications of bioluminescence imaging to the study of infectious diseases. Cell Microbiol. 9 (10), 2315-2322 (2007).
- Rhee, K. J., et al. Determination of spatial and temporal colonization of enteropathogenic E. coli and enterohemorrhagic E. coli in mice using bioluminescent in vivo imaging. Gut Microbes. 2 (1), 34-41 (2011).
- Karsi, A., Lawrence, M. L. Broad host range fluorescence and bioluminescence expression vectors for Gram-negative bacteria. Plasmid. 57 (3), 286-295 (2007).
- Lane, M. C., Alteri, C. J. S., Smith, S. N., Mobley, L. H. Expression of flagella is coincident with uropathogenic Escherichia coli ascension to the upper urinary tract. Proc Natl Acad Sci U S A. 104 (42), 16669-16674 (2007).
- Roxas, J. L., et al. Enterohemorrhagic E. coli alters murine intestinal epithelial tight junction protein expression and barrier function in a Shiga toxin independent manner. Lab Invest. 90 (8), 1152-1168 (2010).
- Siragusa, G. R., Nawotka, K., Spilman, S. D., Contag, P. R., Contag, C. H. . Real-Time Monitoring of Escherichia coli O157:H7 Adherence to Beef Carcass Surface Tissues with a Bioluminescent Reporter. , (1999).
- Kuo, C. J., et al. Mutation of the Enterohemorrhagic Escherichia coli Core LPS Biosynthesis Enzyme RfaD Confers Hypersusceptibility to Host Intestinal Innate Immunity In vivo. Front Cell Infect Microbiol. 6, 82 (2016).
- Wiles, S., et al. Organ specificity, colonization and clearance dynamics in vivo following oral challenges with the murine pathogen Citrobacter rodentium. Cell Microbiol. 6 (10), 963-972 (2004).
- Wiles, S., Pickard, K. M., Peng, K., MacDonald, T. T., Frankel, G. In vivo bioluminescence imaging of the murine pathogen Citrobacter rodentium. Infect Immun. 74 (9), 5391-5396 (2006).
- Contag, C. H., Contag, P. R., Mullins, J. I., Spillman, S. D., Stevenson, D. K., Benaron, D. A. Photonic detection of bacterial pathogens in living hosts. Mol Microbiol. 18 (4), 593-603 (1995).
- Hardy, J., Francis, K. P., DeBoer, M., Chu, P., Gibbs, K., Contag, C. H. Extracellular replication of Listeria monocytogenes in the murine gall bladder. Science. 303 (5659), 851-853 (2004).
- Kaniga, K., Sory, M. P., Delor, I., Saegerman, C., Limet, J. N., Cornelis, G. R. Monitoring of Yersinia enterocolitica in Murine and Bovine Feces on the Basis of the Chromosomally Integrated luxAB Marker Gene. Appl Environ Microbiol. 58 (3), 1024-1026 (1992).
- Trcek, J., Fuchs, T. M., Trulzsch, K. Analysis of Yersinia enterocolitica invasin expression in vitro and in vivo using a novel luxCDABE reporter system. Microbiology. 156 (Pt 9), 2734-2745 (2010).
- Morin, C. E., Kaper, J. B. Use of stabilized luciferase-expressing plasmids to examine in vivo-induced promoters in the Vibrio cholerae vaccine strain CVD 103-HgR. FEMS Immunol Med Microbiol. 57 (1), 69-79 (2009).
- Law, R. J., Gur-Arie, L., Rosenshine, I., Finlay, B. B. In vitro and in vivo model systems for studying enteropathogenic Escherichia coli infections. Cold Spring Harb Perspect Med. 3 (3), a009977 (2013).
- Ritchie, J. M. Animal Models of Enterohemorrhagic Escherichia coli Infection. Microbiol Spectr. 2 (4), EHEC-0022-2013 (2014).
- Chou, T. C., et al. Enterohaemorrhagic Escherichia coli O157:H7 Shiga-like toxin 1 is required for full pathogenicity and activation of the p38 mitogen-activated protein kinase pathway in Caenorhabditis elegans. Cell Microbiol. 15 (1), 82-97 (2013).
- Alexeyev, M. F., Shokolenko, I. N. Mini-Tnl 0 transposon derivatives for insertion mutagenesis and gene delivery into the chromosome of Gram-negative bacteria. Gene. 160 (1), 59-62 (1995).
- Wiegand, I., Hilpert, K., Hancock, R. E. Agar and broth dilution methods to determine the minimal inhibitory concentration (MIC) of antimicrobial substances. Nat Protoc. 3 (2), 163-175 (2008).
- Pansare, V., Hejazi, S., Faenza, W., Prud’homme, R. K. Review of Long-Wavelength Optical and NIR Imaging Materials: Contrast Agents, Fluorophores and Multifunctional Nano Carriers. Chem Mater. 24 (5), 812-827 (2012).
- Heim, R., Cubitt, A. B., Tsien, R. Y. Improved green fluorescence. Nature. 373 (6516), 663-664 (1995).
- Weissleder, R. A clearer vision for in vivo imaging. Nat Biotechnol. 19 (4), 316-317 (2001).
- Frangioni, J. In vivo near-infrared fluorescence imaging. Current Opinion in Chemical Biology. 7 (5), 626-634 (2003).
- Collins, J. W., et al. Citrobacter rodentium: infection, inflammation and the microbiota. Nat Rev Microbiol. 12 (9), 612-623 (2014).
- Mallick, E. M., et al. A novel murine infection model for Shiga toxin-producing Escherichia coli. J Clin Invest. 122 (11), 4012-4024 (2012).
- Petty, N. K., et al. The Citrobacter rodentium genome sequence reveals convergent evolution with human pathogenic Escherichia coli. J Bacteriol. 192 (2), 525-538 (2010).
- Kovach, M. E., Elzer, P. H., Hill, D. S., Robertson , G. T., Farris, M. A., Roop, R. M., Peterson, K. M. Four new derivatives of the broad-host-range cloning vector pBBR1MCS, carrying different antibiotic-resistance cassettes. Gene. 166 (1), 175-176 (1995).
- Galen, J. E., Nair, J., Wang , J. Y., Wasserman, S. S., Tanner, M. K., Sztein , M. B., Levine, M. M. Optimization of Plasmid Maintenance in the Attenuated Live Vector Vaccine Strain Salmonella typhiCVD 908-htrA. Infect Immun. 67 (12), 6424-6433 (1999).
- Francis, K. P., et al. Visualizing pneumococcal infections in the lungs of live mice using bioluminescent Streptococcus pneumoniae transformed with a novel gram-positive lux transposon. Infect Immun. 69 (5), 3350-3358 (2001).
- Goldwater, P. N., Bettelheim, K. A. Treatment of enterohemorrhagic Escherichia coli (EHEC) infection and hemolytic uremic syndrome (HUS). BMC Med. 10, (2012).
