Ce protocole décrit une méthode simple permettant d’isoler les cellules épithéliales unique, infectés par la vessie d’un modèle murin d’infection urinaire.
Dans cet article, nous décrivons une procédure utilisée pour isoler les communautés bactériennes intracellulaires individuelles d’une souris qui a été infecté expérimentalement dans les voies urinaires. Le protocole peut être largement divisé en trois sections : l’infection, récolte de cellules épithéliales de la vessie et micropipetting de la bouche d’isoler des cellules épithéliales infectées. Les cellules épithéliales isolées contient des cellules bactériennes viables et sont presque exempt de contamination de bactéries extracellulaires, le rend idéal pour l’analyse de cellules individuelles en aval. Le temps pris depuis le début de l’infection à l’obtention d’une seule communauté bactérienne intracellulaire est environ 8 h. Ce protocole est peu coûteux à déployer et utilise des matériaux largement disponibles, et nous prévoyons qu’il peut également être utilisé dans des modèles d’infection à isoler des cellules infectées unique des mélanges de cellules même si ces cellules infectées sont rares. Toutefois, en raison d’un risque potentiel en micropipetting de la bouche, cette procédure n’est pas recommandée pour les agents hautement infectieux.
Infections des voies urinaires (IVU) comptent parmi les infections bactériennes les plus fréquentes. Environ 40 à 50 % des femmes devraient connaître au moins une infection des voies urinaires (IVU) au cours de leur durée de vie1. L’un des principaux agents d’infection urinaire est uropathogènes e. coli (UPEC), qui représente plus de 70 % de l’infections urinaires non compliquées2. Par ailleurs, environ un quart des personnes atteintes d’une infection urinaire auront une infection récurrente, souvent causée par la même souche, malgré un traitement antibiotique approprié3. La forte incidence d’infection urinaire représente un lourd fardeau sur les systèmes de santé, coûtant plus de $ 2 milliards par an dans l’US4. En outre, l’utilisation d’antibiotiques pour traiter les infections urinaires mène également à la hausse des taux de résistance aux antibiotiques, qui est un de problème majeur de santé publique5.
Par conséquent, un gros effort a été placé dans la compréhension des mécanismes par lesquels UPEC infecte les voies urinaires, ainsi que sa capacité de provoquer des infections récurrentes6,7,8. En particulier, un modèle de souris de l’infection a servi à examiner les caractéristiques bactériennes et hôte qui contribuent à l’UTI8. Ce modèle de souris a l’avantage d’être applicable aux non modifiées souches cliniques isolées de patients humains. Ce modèle a également conduit à la découverte des voies de bactéries potentiellement thérapeutiques importantes pour l’établissement des infections urinaires, tels que le Type 1 pilus9 et fer acquisition systèmes10.
Par rapport à ces réussites en étudiant les événements précoces UTI, connaissance des mécanismes qui sous-tendent les infection urinaire récurrente fait encore défaut11. Une hypothèse est que UPEC échappe à une antibiothérapie et provoque des infections récurrentes dans la vessie en formant des communautés bactériennes intracellulaires (GRV) dans les cellules épithéliales de la vessie. GRV ont été identifiées dans des modèles murins d’infection et humaine UTI patients12,13. La présence de GRV dans les échantillons d’urine de patients pédiatriques de UTI a été associée à des taux plus élevés de récidive14,15. Toutefois, les isoler GRV et étudie les bactéries en leur sein s’est avéré pour être techniquement difficile en raison de leur rareté ; On estime qu’une vessie murine infectée a généralement seulement 10-100 GRV16. En outre, les cellules épithéliales de la vessie sont relativement gros (50-120 µm)17, rendant difficile à déployer la fluorescence assistée par cellule triant (FACS) étant donné que les buses de FACS typiques sont conçus avec un diamètre de 70 µm ou 100 µm. Ainsi, les cellules aussi grandes que les cellules épithéliales de la vessie sont souvent éliminées par filtration avant FACS pour éviter d’engorger la fluidique.
Notre laboratoire a récemment décrit une méthode générale et économique pour isoler les cellules infectées rares de mélanges tels que les cellules épithéliales raclées de la vessie18. Pour isoler efficacement les GRV, nous avons utilisé la bouche traditionnel pipetage. Micropipetting de la bouche est une technique qui est utilisée depuis longtemps pour la micromanipulation des cellules individuelles et des embryons pour analyse en aval19,20,21,22,23, 24 , 25. bouche traditionnel pipetage de grandes quantités de liquides (en millilitres) a souvent été la cause de laboratoire concernant les accidents, et la technique a justement été boudée par une grande partie de la communauté des chercheurs en dehors de l’embryologie traditionnel et applications de cellule unique. Notre protocole est inspiré par les versions monocellulaire de cette technique19,20, atténuer les risques en fournissant un grand tampon (> 2 mL) d’air entre le chercheur et l’échantillon par rapport au volume de liquide transféré (< 1 ΜL). Cette méthode tire également parti du contrôle fin cette bouche donne micropipetting, qui se traduit par un faible volume final solution transféré et haute pureté de cellules isolées environnantes. La technique utilise des matériaux peu coûteux (< 50$) et devrait donc être possible de mettre en œuvre dans tous les laboratoires.
Ce protocole visual décrit notre technique d’isolation IBC, qui fournit une référence afin d’aider les autres chercheurs qui cherchent à reproduire cette technique. Le chercheur besoin d’accéder à un microscope à dissection fluorescent (ou des appareils similaires) qui permet de visualiser les différentes cellules épithéliales et les bactéries fluorescentes en imagerie live, avec un stade d’imagerie ouvert et accessible pour micropipetting (voir la Table des matières pour les détails du microscope utilisé, bien que les autres modèles d’instrument équivalent peuvent également être utilisés). Alors que le présent protocole portera sur les GRV dans un modèle murin d’infection urinaire, des méthodes similaires devraient s’appliquer à isoler des cellules infectées de suspensions cellulaires dans d’autres modèles d’infection.
Le protocole que nous avons décrit permet l’isolement des GRV unique d’un modèle murin d’infection urinaire. Ce protocole isole GRV contenant des bactéries intracellulaires viables, qui peuvent être vérifiées en cultivant pour UFC. Les résultats de protocole dans des bactéries intracellulaires de GRV avec peu de contamination par des bactéries extracellulaires, permettant davantage de caractérisation de ces deux bactéries et hôte cellulaire d’une IBC (Figure 4C). Nous montrons aussi que les germes d’un bac unique peuvent être utilisées dans des applications en aval comme qPCR (Figure 4C), ce qui suggère que notre technique peut servir au processus GRV pour les autres analyses in vitro. En mettant en commun les bactéries récoltées dans aussi peu que 5 GRV, nous démontrer davantage notre capacité à effectuer des analyses qRT-PCR sur trois gènes bactériens, suggérant que RNA de bonne qualité peut être récoltée de bactéries dans notre GRV isolés (Figure 4D). Combinés, les données que nous avons montré indiquent qu’analyse pangénomique RNA (telles que le séquençage de RNA) sur GRV unique est possible grâce à cette technique d’isolation.
Dans ce protocole, nous nous sommes concentrés sur le point de temps de 6 h parce que c’est lors de l’IBC numéros maximum dans les vessies de noirs 6 souris infectées par UTI89,27. En outre, nous avons aussi utilisé un système statique de culture bactérienne pour augmenter le niveau d’expression de pilus de type 1 dans UTI89. L’expression de pilus de type 1 est critique pour e. coli pour attacher et infectent les cellules épithéliales de la vessie28. Toutefois, cette expression est étroitement réglementé29 et signaux environnementaux sont connus de l’altérer30. Afin de maintenir un phénotype compatible infection et un nombre suffisant de GRV, nous recommandons d’utiliser une culture bactérienne statique de 2 x 24 h (légèrement modifié de Hung et al.8) et le point 6 h de temps infection quand travailler avec déjà testé e. coli des souches comme NU14 et UTI8928,29. Toutefois, il est possible que ces variables devront être ajustées dans les autres souches UTI ou autres souches de souris pour obtenir le nombre idéal de GRV de chaque infection.
Tandis que le protocole de Hung et coll.8 utilise uniquement des souris femelles, autres protocoles établis pour l’établissement d’infection des voies urinaires chez les souris mâles ont été déclarés31. Dans ce modèle, la cystite chez la souris mâle a également suivi la voie de l’IBC. Comme les vessies des souris mâles et femelles ont une taille similaires, nous prévoyons que notre protocole d’isolement IBC peut être utilisé sur des souris mâles infectés ainsi.
La technologie relativement simple utilisée dans le présent protocole s’assure également qu’elle peut être déployée dans la plupart des laboratoires. Une des étapes clés impliquées dans le présent protocole est l’arrachement des capillaires en verre pour créer microcapillaries pour sélectionner le type de cellules d’intérêt. Cette étape permet une flexibilité dans les diamètres de microcapillaries créé, et donc la méthode peut être étendue à plusieurs types de cellules cibles différents. Toutefois, en raison de la variation inhérente à la création de ces capillaires, veiller à faire en sorte que le diamètre final est dans une zone de portée. Si les capillaires sont trop étroits, ils ne parviennent pas à ramasser la cellule d’intérêt, mais si elles sont faites trop larges, plusieurs cellules pourraient être choisis dans une tentative unique. En outre, l’utilisation d’une flamme nue pendant le processus de traction capillaire porte un risque inhérent de brûlures et d’incendie, afin que le chercheur tente de créer microcapillaries devrait s’efforcer d’éviter de tels événements ne se produisent. Afin de réduire la variabilité ainsi que les risques d’incendie ouvert impliqués dans la fabrication de ces capillaires, le chercheur pourrait faire usage d’une micropipette traditionnelle en tirant la machine, comme ceux utilisés pour des expériences électrophysiologiques (p. ex., PC-100, groupe de Narishige). Comme ces machines font usage de gravité ou de plates-formes robotiques pour tirer les capillaires, ils peuvent être adaptés pour répondre aux besoins du modèle infection. Toutefois, la vaste gamme de micropipette tirant machines disponibles signifiera que le chercheur individuel devront passer par tâtonnements pour déterminer le diamètre final capillaire pour une utilisation avec ce protocole.
Le protocole présenté utilise des bactéries exprimant une balise fluorescente pour identifier visuellement l’IBC. Ainsi, cette technique est limitée par la capacité des chercheurs à modifier génétiquement l’organisme infectieux. Spécifiquement pour l’UPEC, formant des IBC des souches telles que CFT073 et NU14 ont été transformées avec succès avec GFP exprimant plasmides32,33,34; par conséquent, ceux-ci doivent être utilisables dans le même protocole. Basé sur la zone de la vessie (70 mm2) de souris35, la longueur des cellules épithéliales individuelles (50-120 µm)17et la fréquence des GRV dans une vessie unique16, une estimation prudente de l’incidence des GRV est sur 1 à 1 000 cellules (soit 0,1 %). Cette estimation met en valeur l’utilité de notre protocole d’isolement cellulaire pour cibler des événements rares. La précision de la sélection de cellules par le biais de notre protocole et la large gamme de diamètres capillaires qui peut être tiré suggèrent que ce protocole peut être utilisé pour isoler les bactéries intracellulaires des autres modèles in vivo et in vitro de l’infection. En effet, nous avons utilisé avec succès cette technique pour isoler des cellules épithéliales infectées vessie cultivées (données non présentées).
Un des plus techniquement difficiles étapes du protocole est inversant la vessie pour exposer les cellules épithéliales de raclage. Nous avons trouvé qu’il est également possible de faire une incision sur la vessie pour il s’écrasent pour racler. Toutefois il faut pour réduire les dommages aux cellules épithéliales de la vessie pendant le processus de découpage il ouvert ; Idéalement, une coupe unique doit être utilisée pour s’écrasent l’ouverture de la vessie. En outre, la découpe doit être faite dans du PBS froide, pour prévenir toute perte accidentelle de cellules ou de tissus de la vessie au cours du processus.
Bouche pipetage des GRV dans ce protocole assure un meilleur contrôle sur le processus de sélection de cellule, ainsi que de limiter le volume final de solution transféré ainsi que de la cellule. Le contrôle précis et la grande séparation de solution de bouche des chercheurs maximise également la sécurité du chercheur, que les volumes transférés sont dans le nanolitre gamme microlitre. En revanche, notre expérience avec la micropipette moderne est qu’elle tend à transférer plus liquide environnant et les cellules avec l’IBC, pouvant déboucher sur une contamination bactérienne Luminale extracellulaire. Nous avons conclu que bouche pipetage fournit de meilleures performances plus autres unicellulaires méthodes d’isolation a aussi signalé par d’autres laboratoires22,23,24. En dehors de l’isolement cellulaire unique, bouche pipetage a même été utilisé dans unicellulaires électroporation pour neurones25, qui montre encore l’utilité et le contrôle minute un chercheur qualifié pouvant atteindre avec la technique. Toutefois, la sécurité est d’une importance primordiale, et nous suggérer d’éventuelles mesures supplémentaires qui peuvent être prises selon les agents pathogènes utilisés : (i) l’extension de la mémoire tampon d’air entre le chercheur et le matériel biologique, par exemple en utilisant une aspiration pipette avec un plus grand volume (p. ex., 5 mL), ou (ii) l’ajout d’un filtre physique tels que de l’ouate dans la pipette aspirante d’agir comme un obstacle supplémentaire.
Dans les cas où une évaluation des risques aboutit à la conclusion que la bouche de pipetage est encore trop risqué, les configurations robotiques disponibles dans le commerce (comme celles utilisées pour les nanoinjections) peuvent être combinées avec les autres sections de notre technique de fournir une méthode plus sûre pour isoler les cellules infectées de populations mixtes. Il est à noter que notre expérience avec l’aide d’un micromanipulateur robotique a démontré une diminution du taux d’isolement de bac par rapport à la bouche de pipetage, comme la grande variation intra-expérimentale en taille de cellule épithéliale de la vessie rend difficile pour l’utilisateur d’un bras robotique pour déterminer la force nécessaire pour ramasser les GRV unique. Néanmoins, il reste une option viable, bien que plus coûteux, pour ceux qui travaillent avec des agents hautement infectieux de la maladie.
The authors have nothing to disclose.
Cette recherche a été financée par la Fondation nationale de la recherche, bureau, Singapour du premier ministre, en vertu de son programme de bourses de recherche NRF (NRF prix no. NRF-RF2010-10) ; National Medical Research Council le Singapour ministère de la santé (NMRC/CIRG/1358/2013) ; et l’Institut du génome de Singapour (GIS) / Agence pour la Science, technologie et recherche (A * STAR).
1.5ml eppendorf tube | For static bacterial culture and OD measurement | ||
100% ethanol | For Alcohol Burner | ||
15 ml conical tube | For static bacterial culture and OD measurement | ||
1ml Tuberculin Syringe | BD Biosciences | 302100 | |
3% Bacterial Agar | For static bacterial culture and OD measurement | ||
70% ethanol | For static bacterial culture and OD measurement | ||
Aesculap anatomic forceps | Braun/Kruuse | BD222R | For initial dissection of mouse (skin, fascia) |
Alcohol Burner | Wheaton | 237070 | |
Aspirating pipette | BD Biosciences | 357558 | |
Aspirator tube | Sigma-Aldrich | A5177 | |
Bacterial loops | For static bacterial culture and OD measurement | ||
Benchtop centrifuge | Eppendorf | 5424 | Any centrifuge for 1.5ml eppendorf tubes |
Conical flasks | For static bacterial culture and OD measurement | ||
Digital camera for microscope | Olympus | DP71 | For image capture and harvesting of IBCs. Any other fluorescent microscope with a GFP channel will suffice |
Glass Capillaries | Kimax | 6148K07 | |
Iris Scissors STR SS 110MM | Braun | BC110R | |
Isoflurane (Isothesia) | Henry Schein Animal Health | 29405 | |
Kanamycin Sulfate | Calbiochem | 420311 | For static bacterial culture and OD measurement |
LB broth (Miller) | Thermo/Gibco | 10855021 | For static bacterial culture and OD measurement |
Light source unit for microscope | Olympus | LG-PS2 | For image capture and harvesting of IBCs. Any other fluorescent microscope with a GFP channel will suffice |
Lubricant | KY | Any similar commercial medical lubricant will suffice | |
Macro fluorescence microscope | Olympus | MVX10 | For image capture and harvesting of IBCs. Any other fluorescent microscope with a GFP channel will suffice |
Micropipette + micropipette tips | For static bacterial culture and OD measurement | ||
PBS 1x | For static bacterial culture and OD measurement | ||
Pipette controller + Pipettes | For static bacterial culture and OD measurement | ||
Polyethylene Tubing | BD Intramedic | 427401 | |
Precision Glide needle 30G | BD Biosciences | 305107 | Possibly under new catalogue number (305106) |
Splinter forceps curved | Braun | BD312R | |
Spray bottle (for ethanol) | For static bacterial culture and OD measurement | ||
Square cuvettes | Elkay | 127-1010-400 | For static bacterial culture and OD measurement |
Sterilgard III Advance Safety Cabinet | Baker | SG403 | Any biosafety cabinet with a UV irridiator |
Sterilin 90mm Standard Petri Dish | Thermo | 101VR20 | Any sterile petri dish |
Stevens, vascular and tendon scissors, curved, delicate, 110 mm | Braun | OK366R | Recommended for harvesting of bladder |
Surgical Scissors STR S/B 105MM | Braun | BC320R | |
Tabletop Centrifuge | Eppendorf | 5810R | Any refridgerated centrifuge for 15ml conicals |
WPA C08000 cell density meter | Biowave (Biochrom) | 80-3000-45 | For static bacterial culture and OD measurement |