Описанные здесь — это метод для анализа экспрессии генов бактерий в животных тканях на клеточном уровне. Этот метод предоставляет ресурс для изучения фенотипического разнообразия, происходящих в пределах бактериальная популяция в ответ на ткани окружающей среды во время инфекции.
Генов вирулентности бактерий, часто регулируются на уровне транскрипционный анализ многочисленных факторов, которые реагируют на различные экологические сигналы. Некоторые факторы действуют непосредственно на генов вирулентности; другие управления патогенеза, регулируя выражение течению регуляторов или накопление сигналов, которые влияют на активность регулятор. В то время как регулирование широко изучен во время роста в пробирке , относительно мало известно о как выражение гена корректируется во время инфекции. Такая информация имеет важное значение, когда продукт определенного гена является кандидатом для терапевтического вмешательства. Транскрипционный анализ подходов, как количественных, реальном времени RT-PCR и РНК-Seq мощных способов изучения экспрессии генов на глобальном уровне, но страдают от многих технических проблем, включая низкий обилие бактериальной РНК, по сравнению с принимающей РНК и пример деградация, полиадениновый. Оценки регулирования с использованием флуоресцентных Репортеры сравнительно легко и может быть мультиплексированием с флуоресцентных белков с уникальными спектральных свойств. Метод позволяет для одной ячейки, пространственно-временных анализ экспрессии генов в тканях, которые демонстрируют сложные трехмерные архитектуры и физико градиенты, которые влияют на бактериальных регулирования сети. Такая информация теряется, когда данные усредняются над населением оптом. Здесь мы описываем метод количественной оценки экспрессии генов в бактериальных патогенов в situ. Метод основан на обработке простой ткани и прямого наблюдения флуоресценции белков репортер. Мы продемонстрировать полезность этой системы путем изучения выражение стафилококк thermonuclease (КНУ), чей продукт гена необходим для иммунной уклонения и полное вирулентности ex vivo и in vivo. Мы покажем, что nuc-gfp сильно выражена в почечной абсцессов и частично разглашать гетерогенных ген выражение из-за очевидной пространственных регулирования деятельности промоутер КНУ в гнойнички, полностью занимается иммунного ответа. Этот метод может применяться к любой бактерии с манипулируемой генетическую систему и модель любой инфекции, предоставляя ценную информацию для доклинических исследований и разработки лекарств.
Бактерии реагировать на меняющиеся физиологические условия и изменения в состоянии питания их окружающей среды дифференциально выражением генов, необходимых для адаптации и выживания. К примеру оппортунистических патогенов колонизировать тела поверхностей при относительно низкой плотности и зачастую безвредны. Однако после бактерии проникли физические и химические барьеры, он должен бороться с принимающей иммунных клеток борьбе с оборону и ограниченного наличия питательных веществ1. Например золотистый стафилококк колонизирует приблизительно одну треть населения бессимптомно, но также является причиной разрушительных кожи и инфекций мягких тканей, остеомиелит, эндокардит и бактериемии2. Успех S. aureus как возбудитель часто приписывают его метаболические гибкость, а также целый арсенал Факторы вирулентности связанных с поверхности и выделяется, позволяющие бактерии бежать кровоток и реплицировать в периферических тканях 34,,5. Потому что хост смерть из-за стафилококковых болезней является эволюционным тупик и ограничивает передачу новых хостов6, приверженность производства фактор вирулентности должен тщательно контролироваться.
Комплекс нормативных сети белков и некодирующих RNAs реагирует на различные экологические стимулы, включая ячейки плотности, фазы роста, нейтрофилов связанных факторов и наличия питательных веществ, чтобы обеспечить, что генов вирулентности выражаются в Точное время и место в пределах узла ткани7,8,9,10,11,12,13. Например два компонента системы SaeR/S (TCS) регулирует выражение нескольких факторов вирулентности через датчик киназы (SaeS) и ответ регулятор (SaeR)14. SaeS является autophosphorylated на сохранение гистидина остатков в ответ на принимающей сигналы (например, человеческих нейтрофилов пептидов [HNPs], calprotectin)8,,1516. Фосфорила группа затем передается аспартат остатков на SaeR, активация его как ДНК связывающих белков (SaeR ~ P)17. TCS SaeR/S регулирует более 20 генов, которые способствуют патогенеза, включая белки, связывающие фибронектина (FnBPs), лейкоцидины и ванкомицина14,18,19,20. Цели могут быть классифицированы высокоспецифичные и низкого сродства гена цели, которые, вероятно, индуцированной как уровень SaeR ~ P поднимается при контакте с его сигналы21. SaeR/S деятельность контролируется другими регуляторами экспрессии генов, например системы ДЗЗ кворума СМА, репрессор токсинов белка (Rot), и альтернативная Сигма фактор B (SigB)22,23,24.
КНУ это гена вирулентности Sae зависимых в золотистый стафилококк и кодирует thermonuclease (КНУ), которая необходима для побега от neutrophilic extracellular тударять (сетки), а также для распространения во время курс инфекции25,26. Выражение КНУ также сильно косвенно репрессирован Коди присутствии разветвленных аминокислот и ГТУ27и непосредственно репрессирован стафилококковых аксессуар регулятор белка Сара28,29 , деятельность которой находится под влиянием кислорода (окислительно-восстановительного состояния) и рН30. Учитывая, что sae и КНУ мутантов ослабленных в моделях мыши инфекции, есть интерес к разработке химического вмешательства, которые препятствуют их соответствующие мероприятия26,31. Несмотря на это нет никакой информации относительно их регулирования во время инфекции.
Флуоресцентный Репортеры были использованы для мониторинга и количественной оценки экспрессии генов на уровне одной ячейки. Здесь мы представляем метод количественной оценки S. стафилококк экспрессии генов во время инфекции, когда в паре с в пробирке транскриптом анализ и мощные методы визуализации как магнитно-резонансная томография (МРТ) и магнитно-резонансная спектроскопия (MRS), можно выявить как бактериальный Физиология регулируется в естественных условиях и относительного обилия питательных веществ в определенных нишах. Этот метод может применяться для любых бактериальных патогенов с шансов справиться с возникающими генетической системы.
Обзор генома интегративной вектора.
PRB4 интегративной вектор геном содержит 500 низкопробных пар из вышестоящих и нижестоящих регионов Псевдогены S. aureus USA300 SAUSA300_0087 для облегчения гомологичная рекомбинация. pRB4 является производным от чувствительных к температуре pMAD вектор позвоночник содержащий эритромицин сопротивления кассеты (ermC) и термостабильные бета галактозидазы гена bgaB отбора синий/белый рекомбинантов32. Инженерии репортер конструкции также содержит маркер сопротивления Хлорамфеникол (кошка) для выделения после интеграции генома и плазмиды ликвидации, а также EcoRI и ссии сайты предохранитель регулирования региона, представляющих интерес для superfolder зеленый флуоресцентный белок (sGFP) (рис. 1). Известно, что выбор рибосома привязки сайта (RBS) влияет на деятельность журналиста и часто требует эмпирической оптимизации33. Таким образом больших двоичных объектов не поддерживается. Здесь родной рибосома привязки сайт используется для предоставления для шаблона более естественный экспрессии генов, но другие сайты могут быть использованы.
Бактериальных инфекционных заболеваний являются растущей проблемой здравоохранения во всем мире за счет приобретения антибиотикорезистентности детерминанты46. Потому, что адаптация к принимающей среде имеет важное значение для роста и выживания во время инфекции, страт…
The authors have nothing to disclose.
Мы благодарим Александра Horswill за дар PsarAP1– tdTomato fusion и Карен Кресвелл за помощь с cytometry анализ потока. Мы также благодарим Alyssa короля за консультацией по статистического анализа. Эта работа частично финансируется NIH награду разведочных/развития исследований (Грант AI123708) и факультет запуска средства SRB. Спонсоры имел никакой роли в дизайн исследования, сбор данных и толкование или решение представить работу для публикации.
5% sheep blood | Hardy Diagnostics (Santa Maria, CA) | A10 | |
5-bromo-4-chloro-3-indolyl-β-D-galactopyranoside (X-Gal) | ThermoScientific | R0402 | |
Ampicillin | Fisher Scientific | BP1760-25 | |
C57Bl/6 Mice | Charles River | NA | |
Chloramphenicol | Sigma-Aldrich | C-0378 | |
confocal laser scanning microscope | Zeiss | NA | |
cryostat microtome | Thermo Scientific | NA | |
Culture, Cap | VWR International | 2005-02512 | |
D+2:25NA Oligo | Integrated DNA Technologies (Coralville, Iowa) | NA | |
DNA Ligase | New England Biolabs | M0202S | |
Erythromycin | Sigma-Aldrich | E5389 | |
Flow Analyzer | Becton Dickinson | NA | |
glass beads | Sigma | Z273627 | |
Miniprep, plasmid | Promega | A1220 | |
orbital shaking water bath | New Brunswick Innova | NA | |
PCR purification | QIagen | 28106 | |
Phosphate Buffer Saline (PBS) | Cellgrow | 46-013-CM | |
Plate reader | Tecan | NA | |
Precellys 24 homogenizer | Bertin Laboratories | NA | |
pUC57-Kan | GenScript (Piscataway, NJ) | NA | |
Q5 Taq DNA Polymerase | New England Biolabs (Ipswich, MA) | M0491S | |
Restriction Enzymes | New England Biolabs (Ipswich, MA) | R0150S (PvuI), R3136S (BamHI), R0144S (BglII), R3131S (NheI), R0101S (EcoRI), R0141S (SmaI). | |
Reverse transcriptase | New England BioLabs | E6300L | |
Sanger Sequencing | Genewiz (Germantown, MD) | NA | |
Sub Xero clear tissue freezing medium | Mercedes Medical | MER5000 | |
Superfrost Plus microscope slides | Fisher Scientific | 12-550-15 | |
superloop | GE Lifesciences | 18111382 | |
Syringe, Filter | VWR International | 28145-481 | |
Syto 40 | Thermo Fisher Scientific | S11351 | Membrane permeant nucleic acid stain |
Tetracycline | Sigma-Aldrich | T7660 | |
Tryptic Soy Broth | VWR | 90000-376 | |
UV-visible spectrophotometer | Beckman Coulter-DU350 | NA | |
Vectashield Antifade Mounting medium with DAPI | Vector Laboratories | H-1500 |