Dieses Protokoll beschreibt eine einfache Methode zur Isolierung von einzelner, infizierte Blase Epithelzellen aus einem Mausmodell der urinausscheidende Fläche Infektion.
In diesem Artikel beschreiben wir ein Verfahren zur individuellen intrazelluläre bakterielle Gemeinschaften von einer Maus zu isolieren, die experimentell in der Harnwege infiziert wurde. Das Protokoll kann im großen und ganzen in drei Abschnitte unterteilt: die Infektion, Blase Epithelzelle Ernte und Mund Micropipetting, einzelne infizierte Epithelzellen zu isolieren. Die isolierten Epithelzelle enthält lebensfähige Bakterienzellen und ist nahezu frei von kontaminierenden extrazelluläre Bakterien, wodurch es ideal für nachgeschaltete einzellige Analyse. Die Zeit vom Beginn der Infektion zum Erhalt einer einzigen intrazellulären bakteriellen Gemeinschaft geht es um 8 h. Dieses Protokoll ist kostengünstig zu implementieren und allgemein zur Verfügung stehenden Materialien verwendet, und wir erwarten, dass es auch in anderen Infektionsmodelle, einzelne infizierte Zellen von Zelle Mischungen zu isolieren, auch wenn die infizierten Zellen selten sind ausgenutzt werden kann. Jedoch wegen ein potenzielles Risiko im Mund Micropipetting, ist dieses Verfahren nicht für hoch infektiöse Erreger empfohlen.
Harnwegsinfektionen (HWI) sind eine der häufigsten bakteriellen Infektionen. Schätzungsweise 40-50 % der Frauen sollen mindestens eine urinausscheidende Fläche Infektion (UTI) während ihrer Lebensdauer1erleben. Eines der wichtigsten Akteure der UTI ist adhärent E. Coli (UPEC), welche Konten für über 70 % der unkomplizierten HWI2. Darüber hinaus haben rund ein Viertel derjenigen, die eine UTI haben eine wiederkehrende Infektion, häufig verursacht durch die gleiche Belastung, trotz Behandlung mit geeigneten Antibiotika3. Die hohe Inzidenz von Harnwegsinfektionen stellt eine erhebliche Belastung der Gesundheitssysteme, kostet mehr als $ 2 Milliarden pro Jahr in den USA-4. Darüber hinaus führt der Einsatz von Antibiotika zur Behandlung von HWI auch auf steigende Antibiotika-Resistenz-Preise, die eine große öffentliche Gesundheit Sorge5.
Daher wurde eine große Anstrengung gelegt, in das Verständnis der Mechanismen, mit denen UPEC die ableitenden Harnwege, sowie seine Fähigkeit, rezidivierende Infekte6,7,8verursachen infiziert. Insbesondere wurde ein Maus-Modell der Infektion zur Bakterien- und Host Eigenschaften untersuchen, die UTI8beitragen. Dieses Maus-Modell hat den Vorteil, dass auf unveränderte klinische Stämme isoliert von menschlichen Patienten anwendbar. Dieses Modell führte auch zur Entdeckung von potenziell druggable bakterielle Wege Bedeutung für Aufbau von Harnwegsinfektionen, wie z. B. der Typ1 Pilus9 und Eisen Erwerb Systeme10.
Im Vergleich zu diesen erfolgen bei der Untersuchung der frühen Ereignisse in UTI, fehlt wissen über die Mechanismen, die immer wiederkehrenden Harnwegsinfektionen11. Eine Hypothese ist, dass UPEC entzieht sich der Antibiotika-Therapie und rezidivierende Infektionen in der Blase Ursachen durch intrazelluläre bakterielle Gemeinschaften (IBC) in Blase Epithelzellen bilden. IBCs wurden in murinen Modellen der Infektion und in menschlichen UTI Patienten12,13identifiziert. Das Vorhandensein von IBCs in Urinproben von pädiatrischen Patienten im UTI wurde verknüpft mit höheren Raten von Wiederholung14,15. Jedoch erweist IBCs zu isolieren und studieren die Bakterien darin sich wegen ihrer Seltenheit technisch anspruchsvoll; Schätzungen zufolge eine infizierte murine Blase in der Regel nur 10-100 IBCs16hat. Darüber hinaus Blase Epithelzellen sind relativ groß (50-120 µm)17, macht es schwierig, Fluoreszenz bereitstellen unterstützt Zellsortierung (FACS), angesichts der Tatsache, dass typische FACS-Düsen mit einem Durchmesser von 70 µm oder 100 µm ausgelegt sind. So werden die Zellen so groß wie Blase Epithelzellen oft durch Filtration vor FACS zur Vermeidung von Verstopfungen der Fluidik entfernt.
Unser Labor beschrieb kürzlich eine allgemeine und wirtschaftliche Methode zur seltenen infizierte Zellen aus Mischungen wie geschabt Epithelzellen der Blase18zu isolieren. Um effektiv IBCs isolieren, verwendeten wir traditionelle Mund pipettieren. Mund Micropipetting ist eine Technik, die lange für Mikromanipulation von einzelnen Zellen und Embryonen für nachgelagerte Analyse19,20,21,22,23, verwendet worden ist 24 , 25. traditionelle Mund Pipettieren flüssige großvolumige (in Millilitern) wurde oft die Ursache für Labor im Zusammenhang mit Unfällen und die Technik hat zu Recht von einem großen Teil der wissenschaftlichen Gemeinschaft außerhalb der traditionellen Embryologie gemieden wurde und einzelne Zelle Anwendungen. Unser Protokoll ist inspiriert durch die einzelne Zelle Versionen von dieser Technik19,20, die Risikominderung durch die Bereitstellung eines großen Puffers (> 2 mL) der Luft zwischen dem Forscher und Probe im Vergleich zu das Volumen der Flüssigkeit übertragen (< 1 ΜL). Diese Methode auch nutzt die Feinsteuerung dieser Mund Micropipetting bereitstellt, die zu einem niedrigen Endvolumen der umgebenden Lösung übertragen und hohe Reinheit der isolierten Zellen übersetzt. Die Technik nutzt preiswerte Materialien (<$ 50), und somit sollte möglich sein, in allen Labors zu implementieren.
Dieses visuelle Protokoll beschreibt unser IBC Isolation Technik, bietet einen Verweis auf andere Forscher versuchen, diese Technik zu replizieren zu unterstützen. Die Forscher benötigen Zugriff auf einen fluoreszierenden sezierenden Mikroskop (oder ähnliche Geräte), die verwendet werden, um einzelne Epithelzellen und fluoreszierenden Bakterien während der live Aufnahme mit offener und zugänglicher bildgebenden frühzeitig für Micropipetting visualisieren (siehe die Tabelle der Materialien für die Details des Mikroskops verwendet, obwohl auch andere gleichwertige Instrument-Modelle verwendet werden können). Während dieses Protokolls in einem Mausmodell der UTI IBCs konzentrieren wird, sollten ähnliche Methoden auf infizierte Zellen von Zellsuspensionen in anderen Modellen der Infektion isolieren anwendbar.
Das Protokoll, die, das wir beschrieben haben, ermöglicht die Isolation der einzelnen IBCs aus einem Mausmodell der UTI. Dieses Protokoll isoliert IBCs mit lebensfähigen intrazelluläre Bakterien, die durch Kultivierung für KBE überprüft werden können. Die Protokoll-Ergebnisse in intrazelluläre Bakterien von IBCs mit wenig Verunreinigungen durch extrazelluläre Bakterien ermöglicht weitere Charakterisierung der beiden Bakterien und host-Zelle aus einer IBC (Abb. 4C). Wir zeigen auch, dass die Bakterien aus einem einzigen IBC verwendet werden können, in den nachgelagerten Anwendungen wie qPCR (Abb. 4C), was darauf hindeutet, dass unsere Technik Prozess IBCs für in-vitro-Analysen verwendet werden kann. Durch die Bündelung der Bakterien aus so wenig wie 5 IBCs geerntet, zeigen wir weiter unsere Leistungsfähigkeit qRT-PCR-Analyse auf drei bakteriellen Gene, was darauf hindeutet, dass gute Qualität RNA aus den Bakterien in unserem isolierten IBCs (Abbildung 4D) geerntet werden kann. Kombiniert, zeigen die Daten, die wir gezeigt haben, dass Analyse genomweiten RNA (z. B. RNA Sequenzierung) auf einzelne IBCs möglich mit dieser Technik isoliert werden kann.
In diesem Protokoll haben wir uns auf den 6 h Zeitpunkt konzentriert, weil das ist, wenn IBC Zahlen in der Bladder schwarz 6 Mäuse infiziert durch UTI8927emporragen. Darüber hinaus haben wir auch eine statische Bakterienkultur-System verwendet, um den Typ 1 Pilus Ausdruck in UTI89 zu erhöhen. Die Expression von Typ-1-Pilus soll für E. Coli von entscheidender Bedeutung beimessen und Blase Epithelzellen28zu infizieren. Aber dieser Ausdruck ist streng regulierte29 und ökologische Hinweise sind dafür bekannt, es30ändern. Um eine konsistente Infektion Phänotyp und IBCs in ausreichender Zahl zu erhalten, empfehlen wir eine 2 x 24 h statische Bakterienkultur (leicht modifiziert von Hung Et Al.8) und der Zeitpunkt 6 h Infektion beim Arbeiten mit zuvor E. Coli getestet Stämme wie NU14 und UTI8928,29. Es ist jedoch möglich, dass diese Variablen angepasst werden, in anderen Stämmen UTI oder andere Mäuse-Stämme, die ideale Anzahl von IBCs von jeder Infektion zu erhalten müssen.
Während die Protokolle von Hung Et Al.8 nur weibliche Mäuse verwendet werden, wurden andere etablierte Protokolle für die Festlegung der urinausscheidende Fläche Infektion bei männlichen Mäusen berichteten31. In diesem Modell folgte Zystitis bei männlichen Mäusen auch den IBC-Weg. Da die Blase von männlichen und weiblichen Mäusen in der Größe ähnlich sind, erwarten wir, dass unser IBC-Isolierung-Protokoll auf infizierten männlichen Mäusen als auch verwendet werden kann.
Die relativ einfache Technik, die in diesem Protokoll genutzt wird auch sichergestellt, dass es in den meisten Labors bereitgestellt werden kann. Eines der wichtigsten Schritte in diesem Protokoll ist das Ziehen von Glaskapillaren Mikrokapillaren für die Auswahl der Zelle Art von Interesse zu erstellen. Dieser Schritt ermöglicht Flexibilität in den Durchmessern von Mikrokapillaren erstellt, und somit kann die Methode auf mehrere unterschiedliche Zelltypen verlängert werden. Aufgrund der inhärenten Variation bei der Schaffung dieser Kapillaren, muss jedoch darauf geachtet werden, um sicherzustellen, dass die endgültige Durchmesser in einem nutzbaren Bereich liegt. Wenn die Kapillaren zu schmal sind, sie nicht zu holen, die Zelle von Interesse, aber wenn sie zu breit gebildet werden, mehrere Zellen in einem einzigen Versuch ausgewählt werden konnte. Darüber hinaus führt die Verwendung von offenem Feuer während des Prozesses der Kapillare ziehen eine Risiko von Verbrennungen und Feuer, so dass der Forscher versuchen, Mikrokapillaren erstellen darauf achten sollte, um solche Ereignisse zu verhindern. Die Variabilität sowie das offene Feuer-Risiko reduzieren machen diese Kapillaren beteiligt der Forscher könnten machen Gebrauch von einer traditionellen Mikropipette ziehen Maschine, wie Sie für Elektrophysiologische Experimente (z. B. PC-100, Narishige-Gruppe). Da diese Maschinen machen Schwerkraft oder Roboter-Plattformen verwenden, um die Kapillaren zu ziehen, können sie die Infektionsmodell Bedürfnisse zugeschnitten sein. Jedoch bedeutet die unterschiedlichsten Mikropipette Zuggeräten verfügbar, dass der einzelnen Forscher muss einige Trial And Error zu bestimmen, die entsprechenden Kapillare Enddurchmesser für die Verwendung mit diesem Protokoll durchlaufen wird.
Die vorgestellten Protokoll nutzt Bakterien mit dem Ausdruck eines fluoreszierenden Tags die IBC visuell zu identifizieren. Somit ist diese Technik durch die Forscher Fähigkeit, infektiösen Organismus genetisch zu verändern beschränkt. IBC-bildende Stämme wie CFT073 und NU14 wurden speziell für UPEC erfolgreich mit GFP exprimierenden Plasmiden32,33,34umgestaltet; Diese sollten daher in dasselbe Protokoll verwendet werden. Basierend auf dem Bereich der Maus Blase (70 mm2)35, die Länge der einzelnen Epithelzellen (50-120 µm)17und die Häufigkeit der IBCs in einem einzigen Blase16, eine konservative Schätzung für das Auftreten von IBCs ist über 1 in 1.000 Zellen (oder 0,1 %). Diese Schätzung zeigt das Dienstprogramm unserer Zelle isoliert Protokoll auf seltene Ereignisse. Die Präzision der Zellauswahl durch unser Protokoll und die breite Palette der Kapillare Durchmesser, die gezogen werden kann vorschlagen, dass dieses Protokoll verwendet werden kann, um intrazelluläre Bakterien von anderen in-vivo und in vitro Modellen der Infektion zu isolieren. In der Tat haben wir erfolgreich diese Technik verwendet, um die infizierten kultivierten Blase Epithelzellen (Daten nicht gezeigt) zu isolieren.
Einer der technisch anspruchsvollen Schritte im Protokoll ist die Blase, die die Epithelzellen zum Schaben aussetzen invertieren. Wir haben festgestellt, dass es auch möglich, einen Einschnitt auf der Blase, es zum Schaben spreizen sich zu machen. Jedoch aufgrund sollte darauf geachtet werden, die Schadensminderung zu den Epithelzellen der Blase während des Prozesses der schneiden es offen; Idealerweise sollte ein einzigen Schnitt genutzt werden, um die Blase offen zu spreizen. Darüber hinaus sollte der Schnitt in kaltem PBS erfolgen, um versehentlichen Verlust von Zellen oder Gewebe der Blase während des Prozesses zu verhindern.
Mund Pipettieren von IBC in diesem Protokoll bietet mehr Kontrolle über das Auswahlverfahren der Zelle sowie die Begrenzung der letzte Band der Lösung zusammen mit der Zelle übertragen. Die Feinsteuerung und großen Trennung der Lösung von den Forschern Mund auch maximiert die Sicherheit des Forschers, wie die Volumes übertragen innerhalb der Nanoliter Mikroliter Bereich sind. Im Gegensatz dazu ist unsere Erfahrung mit den modernen Mikropipette, dass es mehr umgebende Flüssigkeit und Zellen mit dem IBC tendenziell, möglicherweise führend zu Kontaminationen mit extrazellulären luminalen Bakterien übertragen. Unsere Feststellung, dass Mund Pipettieren eine höhere Leistung über andere einzelne Zelle isoliert Methoden bietet wurde auch von anderen Labors22,23,24berichtet. Abgesehen von einzelnen Zelle isoliert Mund Pipettieren sogar in einzellige Elektroporation Neuronen25, wird seit dem weiterer Beweis für den nutzen und die Minuten-Steuerelement, das ausgebildete Forscher mit der Technik erreichen können. Aber Sicherheit ist von zentraler Bedeutung und empfehlen wir mögliche zusätzliche Maßnahmen je nach Erreger verwendet werden können: (i) die Erweiterung des Puffers Luft zwischen dem Forscher und das biologische Material, zum Beispiel mithilfe einer Absaugen Pipette mit einem größeren Volumen (z. B. 5 mL), oder (Ii) hinzufügen eines physischen Filters wie Watte in die Absaugnadeln Pipette als eine zusätzliche Barriere fungieren.
In Fällen, wo eine Risikobewertung zu der Schlussfolgerung führt, dass Mund Pipettieren noch zu riskant ist, im Handel erhältlichen Roboter-Setups (z. B. zur Nanoinjections) mit den anderen Abschnitten unserer Technik ermöglichen eine sicherere Methode für kombinierbar Isolieren von infizierten Zellen aus gemischten Populationen. Es sei darauf hingewiesen, dass unsere Erfahrung mit der Verwendung von einem Roboter Mikromanipulator, eine verringerte Rate von IBC-Isolierung im Vergleich gezeigt hat zu Mund pipettieren, da die große Intra experimentelle Variation in der Blase Epithelzelle Größe es schwierig für den Benutzer macht der Roboterarm zu bestimmen, die erforderliche Kraft, um einzelne IBCs abholen. Dennoch bleibt es eine praktikable, obwohl teurer, Option für die Arbeit mit hoch infektiöse Erreger der Krankheit.
The authors have nothing to disclose.
Diese Forschung wurde unterstützt durch die National Research Foundation, Büro des Premierministers Singapur unter seiner NRF Research Fellowship Scheme (NRF award keine. NRF-RF2010-10); der Singapur Ministry of Health National Medical Research Council (NMRC/CIRG/1358/2013); und die Genome Institute of Singapore (GIS) / Agency for Science, Technology and Research (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 |