Summary

Ruta de subaracnoideo intracraneal de la infección para investigar funciones de biopelículas del Streptococcus suis en Meningitis en un modelo murino de infección

Published: July 01, 2018
doi:

Summary

Aquí, describimos la ruta subaracnoidea intracraneal de la infección en ratones para estudiar el papel de los biofilms en Streptococcus suis meningitis. Este modelo de infección también es adecuado para el estudio de la patogenia de otra meningitis bacteriana y la eficacia de nuevos medicamentos contra la meningitis bacteriana.

Abstract

Streptococcus suis es no sólo un patógeno bacteriano importante de cerdos en todo el mundo, sino también un agente zoonótico emergente. En los seres humanos y cerdos, la meningitis es una manifestación importante de infecciones por S. suis . Un modelo adecuado de la infección es una herramienta esencial para comprender los mecanismos de las enfermedades causadas por patógenos. Varias rutas de la infección en ratones se han desarrollado para estudiar la patogenesia de la infección por S. suis . Sin embargo, las rutas de infección intraperitoneales, intranasales o intravenosas no son adecuadas para el estudio de las funciones de componentes superficiales de S. suis meningitis directamente en el cerebro, como la matriz extracelular de la biopelícula. Aunque la inoculación intracisternal se ha utilizado para la infección por S. suis , el sitio de inyección precisa no se ha descrito. Aquí, la ruta subaracnoidea intracraneal de la infección fue descrita en un modelo de ratón para investigar el papel de biofilms en meningitis S. suis . Células planctónicas de S. suis o biofilm estado fueron inyectadas directamente en el espacio subaracnoideo de los ratones a través del sitio de inyección, situado a 3,5 mm rostral de la bregma. El análisis histopatológico y mayor expresión del ARNm de TLR2 y citoquinas del tejido cerebral de los ratones inyectados con las células del biofilm estado indican claramente que biofilm de S. suis juega un papel definitivo en meningitis S. suis . Esta ruta de infección tiene evidentes ventajas sobre otras vías de infección, permitiendo el estudio de la interacción de la bacteria huésped. Además, permite el efecto de componentes bacterianos en las respuestas inmunitarias de host directamente en el cerebro para ser evaluados y simula la entrada de bacteria en el sistema nervioso central. Esta ruta de infección se puede extender para investigar los mecanismos de la meningitis causada por otras bacterias. Además, también puede ser utilizado para probar la eficacia de los medicamentos contra la meningitis bacteriana.

Introduction

Streptococcus suis (S. suis) es un importante patógeno bacteriano de los cerdos en todo el mundo, causando enfermedades graves como meningitis, neumonía, septicemia, endocarditis y artritis1. También es un agente zoonótico emergente. Hasta ahora, se ha informado que nueve serotipos pueden causar infección en seres humanos, incluyendo los serotipos 2, 4, 5, 9, 14, 16, 21, 24 y 312,3,4. En los seres humanos y cerdos, la meningitis es uno de los principales signos clínicos de infecciones por S. suis . En Vietnam y Tailandia, S. suis es la principal causa de meningitis en adultos5. Los biofilms microbianos son microorganismos que se adhieren entre sí y se concentra en una interfaz; son esenciales para la virulencia bacteriana, supervivencia en diversos ambientes y resistencia a los antibióticos5. Biofilms normalmente están rodeados por una matriz extracelular que generalmente contiene polisacáridos, proteínas y ADN6. Este último es capaz de provocar respuestas inflamatorias host y del cytokine producción7. Formación de biopelículas se ha divulgado en meningitis estreptocócica en estudios anteriores. Biofilms contribuyen a meningitis Streptococcus agalactiae en un modelo de pescado tilapia y formación de biopelículas se ha revelado dentro de los tejidos del cerebro y alrededor de meníngea superficies en vivo a través de inoculación intra abdominal8. Durante meningitis, estreptococo pneumoniae está en un estado similar al biofilm y bacterias en un biofilm estado fueron más efectivas en la inducción de meningitis en un modelo de infección del ratón9. Además, en nuestro anterior estudio, el estado de biofilm asociado con S. suis en cerebro de ratón contribuye a la virulencia bacteriana supervivencia análisis10. Sin embargo, la evidencia directa para la participación de biofilm de S. suis meningitis requiere más investigación.

Se han desarrollado modelos animales de infección por S. suis en ratones utilizando la intraperitoneal (i.p.)11, intranasal (i.n.)12, vía intravenosa (i.v.)13y las rutas intracisternal (i.c.) de infección14, 15 , 16. sin embargo, no son adecuadas para el estudio de las funciones de los componentes superficiales de S. suis en meningitis directamente en el cerebro las vías i.v., i.p. y i.n. de infección. Se trata de una matriz extracelular de la biopelícula. Aunque la inoculación de la i.c. se utilizó para la infección por S. suis , el sitio de inyección precisa no se ha descrito en estos documentos. En cambio, las coordenadas estereotáxicas del sitio de inyección para la inoculación intracraneal subaracnoidea se ha descrito claramente en un anterior estudio17. Esto permitió el fácil reconocimiento del punto de inoculación y más simplista protocolo experimental. Además, la ruta subaracnoidea intracraneal de la infección mímico bacteriano entrada en sistema nervioso central de los senos paranasales o el oído medio17y la relación entre el oído medio y la meningitis causada por S. suis ha sido demostrado por Madsen et al18. Por otra parte, mediante la aplicación de la ruta subaracnoidea intracraneal de la infección en ratones, hemos demostrado que S. suis pequeño RNA rss04 contribuye a la meningitis en nuestro anterior estudio10.

En el presente estudio, se utilizó la ruta subaracnoidea intracraneal de la infección en ratones para investigar el papel de los biofilms en meningitis de los suis de S. . Infectaron a ratones con células planctónicas o células de estado de biofilm de S. suis por esta vía de infección. El análisis histopatológico y mayor expresión del ARNm de TLR2 y citoquinas del tejido cerebral de ratones inyectados con las células del biofilm estado indican claramente que el biofilm de S. suis contribuye a la meningitis.

Protocol

Los experimentos de infección del ratón fueron aprobados por el laboratorio Animal seguimiento Comité de la provincia de Jiangsu, China y realizados en el laboratorio Animal centro de Nanjing Universidad (número de permiso: SYXK (Su) 2017-0007). 1. preparación de las bacterias Nota: Cepa virulenta de S. suis serotipo 2 P1/7 fue aislada de un cerdo enfermo con meningitis19. P1/7 cepa fue cultivada en caldo Todd-Hewitt (THB, fórmul…

Representative Results

Análisis de SEM fue realizada para examinar la formación de biopelículas en las condiciones experimentales. Como se muestra en la figura 1, existe una diferencia significativa en la formación de biopelículas entre células planctónicas (figura 1A) y biofilm estado células (figura 1B). Análisis de SEM demostraban que las bacterias del biofilm en grupos y capas…

Discussion

La ruta subaracnoidea intracraneal de la infección descrita aquí tiene evidentes ventajas sobre otras vías de infección. Permite a los investigadores a estudiar la interacción de la bacteria huésped y el efecto de componentes bacterianos en anfitrión inmunorespuestas directamente en el cerebro, que imitan la entrada bacteriana en el sistema nervioso central. Así, esta ruta de infección se puede extender para investigar los mecanismos de la meningitis causada por otras bacterias. Además, también puede ser utili…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este trabajo fue financiado por becas de la investigación clave y programa de desarrollo de China [2017YFD0500102]; la Fundación Nacional de Ciencias naturales de China [31572544]; el laboratorio estatal clave de Biología veterinaria etiológico [SKLVEB2016KFKT005]; la agricultura de Shanghai aplica programa de desarrollo de tecnología, China [G2016060201].

Materials

Todd Hewitt Broth(THB) Becton, Dickinson and Company DF0492078 Dissolve 30 g of the powder in 1 L of purified water. Autoclave at 121° for 15 min.
Agar DSBIO 16C0050 Dissolve 15 g of the powder in 1 L of THB. Autoclave at 121° for 15 min.
Milli-Q Reference Water Purification System Merck KGaA Z00QSVCUS Without Dnase/ Rnase
NaCl Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd 10019318 Dissolve 8 g NaCl, 0.2 g KCl, 1.42 g Na2HPO3 , 0.27 g KH2PO4 in 1 L of purified water. Autoclave at 121° for 15 min. Use KOH to adjust pH to 7.4.
Na2HPO3 Xilong Scientific Co., Ltd 9009012-01-09 Dissolve 8 g NaCl, 0.2 g KCl, 1.42 g Na2HPO3 , 0.27 g KH2PO4 in 1 L of purified water. Autoclave at 121° for 15 min. Use KOH to adjust pH to 7.4.
KCl Xilong Scientific Co., Ltd 9009017-01-09 Dissolve 8 g NaCl, 0.2 g KCl, 1.42 g Na2HPO3 , 0.27 g KH2PO4 in 1 L of purified water. Autoclave at 121° for 15 min. Use KOH to adjust pH to 7.4.
KH2PO4 Xilong Scientific Co., Ltd 9009019-01-09 Dissolve 8 g NaCl, 0.2 g KCl, 1.42 g Na2HPO3 , 0.27 g KH2PO4 in 1 L of purified water. Autoclave at 121° for 15 min. Use KOH to adjust pH to 7.4.
KOH Xilong Scientific Co., Ltd 9009014-01-09 Dissolve 8 g NaCl, 0.2 g KCl, 1.42 g Na2HPO3 , 0.27 g KH2PO4 in 1 L of purified water. Autoclave at 121° for 15 min. Use KOH to adjust pH to 7.4.
Glycerol Sionpharm Chemical Reagent Co., Ltd 10010618 Diluted with equal volumu of purified water, autoclave at 121° for 15 min
4% paraformaldehyde Sionpharm Chemical Reagent Co., Ltd 80096675
25% Glutaraldehyde Sionpharm Chemical Reagent Co., Ltd 30092436 10-fold diluted with purified water for fixation.
Ethanol Sionpharm Chemical Reagent Co., Ltd 10009218
Chloroform Sionpharm Chemical Reagent Co., Ltd 10006818
Spctrophotometre DeNovix Inc. DS-11+
Ultrasound cell crusher NingBo Scientz Biotechnology Co.,Ltd JY96-IIN
Centrifuge Hitachi Koki Co., Ltd CT15RE
Refrigerator Aucma Co., Ltd DW-86L500
Scanning electron microscope Zeiss EVO-LS10
FastRNA Pro Green Kit MP Biomedicals #6045-050
FastPrep-24 Instrument MP Biomedicals 116005500
Instrument for PCR SensoQuest GmbH 1124310110
QuantStudio 6 Flex Thermo Fisher Scientific 4485689
SYBR Premix Ex Taq II Takara Biomedical Technology (Beijing) Co., Ltd RR820A
PrimeScript RT reagent kit with gDNA Eraser Takara Biomedical Technology (Beijing) Co., Ltd RR047A
Fully Enclosed Tissue Processor Leica Biosystems Nussloch GmbH ASP200S
Heated Paraffin Embedding Module Leica Biosystems Nussloch GmbH EG1150H
Semi-Automated Rotary Microtome Leica Biosystems Nussloch GmbH RM2245
Water bath for paraffin sections Leica Biosystems Nussloch GmbH HI1210
Autostainer XL Leica Biosystems Nussloch GmbH ST5010
Agilent 2100 Agilent Technologies G2939A
Optical microscope Olympus BX51

References

  1. Gottschalk, M., Xu, J., Calzas, C., Segura, M. Streptococcus suis: a new emerging or an old neglected zoonotic pathogen?. Future Microbiology. 5, 371-391 (2010).
  2. Goyette-Desjardins, G., Auger, J. P., Xu, J., Segura, M., Gottschalk, M. Streptococcus suis, an important pig pathogen and emerging zoonotic agent-an update on the worldwide distribution based on serotyping and sequence typing. Emerging Microbes & Infections. 3 (6), e45 (2014).
  3. Kerdsin, A., et al. Emergence of Streptococcus suis serotype 9 infection in humans. Journal of Microbiology, Immunology and Infection. 50 (4), 545-546 (2017).
  4. Hatrongjit, R., et al. First human case report of sepsis due to infection with Streptococcus suis serotype 31 in Thailand. BMC Infect Diseases. 15, 392 (2015).
  5. Fittipaldi, N., Segura, M., Grenier, D., Gottschalk, M. Virulence factors involved in the pathogenesis of the infection caused by the swine pathogen and zoonotic agent Streptococcus suis. Future Microbiology. 7 (2), 259-279 (2012).
  6. Hall-Stoodley, L., Costerton, J. W., Stoodley, P. Bacterial biofilms: from the natural environment to infectious diseases. Nature Reviews Microbiology. 2 (2), 95-108 (2004).
  7. Fuxman Bass, J. I., et al. Extracellular DNA: a major proinflammatory component of Pseudomonas aeruginosa biofilms. Journal of Immunology. 184 (11), 6386-6395 (2010).
  8. Isiaku, A. I., et al. Biofilm is associated with chronic streptococcal meningoencephalitis in fish. Microbial Pathogenesis. 102, 59-68 (2017).
  9. Oggioni, M. R., et al. Switch from planktonic to sessile life: a major event in pneumococcal pathogenesis. Molecular Microbiology. 61 (5), 1196-1210 (2006).
  10. Xiao, G., et al. Streptococcus suis small RNA rss04 contributes to the induction of meningitis by regulating capsule synthesis and by inducing biofilm formation in a mouse infection model. Veterinary Microbiology. 199, 111-119 (2017).
  11. Dominguez-Punaro, M. C., et al. Streptococcus suis serotype 2, an important swine and human pathogen, induces strong systemic and cerebral inflammatory responses in a mouse model of infection. Journal of Immunology. 179 (3), 1842-1854 (2007).
  12. Seitz, M., et al. A novel intranasal mouse model for mucosal colonization by Streptococcus suis serotype 2. Journal of Medical Microbiology. 61 (Pt 9), 1311-1318 (2012).
  13. Busque, P., Higgins, R., Caya, F., Quessy, S. Immunization of pigs against Streptococcus suis serotype 2 infection using a live avirulent strain. Canadian Journal of Veterinary Research. 61 (4), 275-279 (1997).
  14. Williams, A. E., Blakemore, W. F. Pathology of Streptococcal meningitis following intravenous intracisternal and natural routes of infection. Neuropathology and Applied Neurobiology. 4 (4), 345-356 (1990).
  15. Dominguez-Punaro, M. C., et al. Severe cochlear inflammation and vestibular syndrome in an experimental model of Streptococcus suis infection in mice. European Journal of Clinical Microbiology & Infectious Diseases. 31 (9), 2391-2400 (2012).
  16. Auger, J. P., Fittipaldi, N., Benoit-Biancamano, M. O., Segura, M., Gottschalk, M. Virulence Studies of Different Sequence Types and Geographical Origins of Streptococcus suis Serotype 2 in a Mouse Model of Infection. Pathogens. 5 (3), (2016).
  17. Chiavolini, D., et al. Method for inducing experimental pneumococcal meningitis in outbred mice. BMC Microbiology. 4, 36 (2004).
  18. Madsen, L. W., Svensmark, B., Elvestad, K., Jensen, H. E. Otitis interna is a frequent sequela to Streptococcus suis meningitis in pigs. Veterinary Pathology. 38 (2), 190-195 (2001).
  19. Holden, M. T., et al. Rapid evolution of virulence and drug resistance in the emerging zoonotic pathogen Streptococcus suis. PLoS One. 4 (7), e6072 (2009).
  20. Dominguez-Punaro Mde, L., et al. In vitro characterization of the microglial inflammatory response to Streptococcus suis, an important emerging zoonotic agent of meningitis. Infection and Immunity. 78 (12), 5074-5085 (2010).
  21. Hassan, A., et al. Evaluation of different detection methods of biofilm formation in the clinical isolates. Brazilian Journal of Infectious Diseases. 15 (4), 305-311 (2011).
  22. Vanier, G., et al. New putative virulence factors of Streptococcus suis involved in invasion of porcine brain microvascular endothelial cells. Microbial Pathogenesis. 46 (1), 13-20 (2009).
  23. Takeuchi, D., et al. The contribution of suilysin to the pathogenesis of Streptococcus suis meningitis. Journal of Infectious Diseases. 209 (10), 1509-1519 (2014).
  24. Tenenbaum, T., et al. Polar bacterial invasion and translocation of Streptococcus suis across the blood-cerebrospinal fluid barrier in vitro. Cellular Microbiology. 11 (2), 323-336 (2009).

Play Video

Cite This Article
Zhang, S., Gao, X., Xiao, G., Lu, C., Yao, H., Fan, H., Wu, Z. Intracranial Subarachnoidal Route of Infection for Investigating Roles of Streptococcus suis Biofilms in Meningitis in a Mouse Infection Model. J. Vis. Exp. (137), e57658, doi:10.3791/57658 (2018).

View Video