הפרוטוקול הנוכחי מתאר בדיקות זיהום כדי לחקור היצמדות לשיגלה , פלישה ושכפול תוך תאי באמצעות קווי תאי אפיתל במבחנה .
הפתוגן החיידקי האנטרי המותאם לבני אדם שיגלה גורם למיליוני זיהומים מדי שנה, יוצר השפעות גדילה ארוכות טווח בקרב ילדים ומהווה גורם מוביל למוות משלשולים ברחבי העולם. זיהום גורם לשלשול מימי או דמי כתוצאה מכך שהפתוגן עובר במערכת העיכול ומדביק את תאי האפיתל המצפים את המעי הגס. עם עלייה מדהימה בעמידות לאנטיביוטיקה והמחסור הנוכחי בחיסונים מאושרים, פרוטוקולי מחקר סטנדרטיים הם קריטיים לחקר הפתוגן האימתני הזה. כאן מוצגות מתודולוגיות לבחינת הפתוגנזה המולקולרית של שיגלה באמצעות אנליזות חוץ גופיות של היצמדות חיידקים, פלישה ושכפול תוך-תאי בתאי אפיתל המעי הגס. לפני ניתוח הזיהום, פנוטיפ האלימות של מושבות שיגלה אומת על ידי ספיגת הצבע האדום של קונגו על לוחות אגר. ניתן לשקול גם שימוש בחומרי מעבדה מוספים במהלך תרבית חיידקים כדי לחקות בתנאי in vivo . תאי חיידקים משמשים לאחר מכן בפרוטוקול סטנדרטי כדי להדביק תאי אפיתל המעי הגס בלוחיות תרבית רקמה בריבוי מבוסס של זיהום עם התאמות לנתח כל שלב של זיהום. לצורך בדיקות היצמדות, תאי שיגלה מודגרים עם רמות מדיה מופחתות כדי לקדם מגע חיידקי עם תאי אפיתל. הן עבור פלישה והן עבור מבחני שכפול תוך תאי, גנטמיצין מיושם בפרקי זמן שונים כדי לחסל חיידקים חוץ-תאיים ולאפשר הערכה של פלישה ו / או כימות של שיעורי שכפול תוך תאי. כל פרוטוקולי ההדבקה מונים חיידקים דבקים, פלשו ו / או תוך תאיים על ידי דילול סדרתי של תאי אפיתל נגועים וציפוי יחידות יוצרות מושבת חיידקים ביחס לטיטרים מדביקים על לוחות אגר אדומים בקונגו. יחד, פרוטוקולים אלה מאפשרים אפיון עצמאי והשוואות עבור כל שלב של זיהום Shigella של תאי אפיתל כדי לחקור פתוגן זה בהצלחה.
מחלות שלשול הנגרמות על ידי פתוגנים חיידקיים אנטריים מהוות נטל בריאותי עולמי משמעותי. בשנת 2016, מחלות שלשול היו אחראיות ל -1.3 מיליון מקרי מוות ברחבי העולם והיו סיבת המוות הרביעית בשכיחותה בקרב ילדים מתחת לגיל חמש שנים של 1,2. הפתוגן החיידקי הגראם-שלילי, האנטרי, שיגלה, הוא הגורם הסיבתי לשיגלוזיס, גורם עיקרי למוות משלשולים ברחבי העולם3. שיגלוזיס גורם לתחלואה ותמותה משמעותית מדי שנה בילדים ממדינות בעלות הכנסה נמוכה ובינונית 4,5, בעוד זיהומים במדינות בעלות הכנסה גבוהה קשורים להתפרצויות מעונות יום, מזון ומים 6,7,8,9. פיתוח חיסונים לא יעיל10 ועלייה בשיעורי עמידות מיקרוביאלית (AMR)11,12 סיבכו את הניהול של התפרצויות שיגלה בקנה מידה גדול. נתונים עדכניים של המרכז לבקרת מחלות ומניעתן מראים כי כמעט 46% מזיהומי שיגלה בארצות הברית הפגינו עמידות לתרופות בשנת 202013,14, בעוד ארגון הבריאות העולמי הכריז על שיגלה כפתוגן בעדיפות AMR שעבורו יש צורך דחוף בטיפולים חדשים15.
זיהומי שיגלה מועברים בקלות דרך מסלול הצואה-דרך הפה עם בליעת מזון או מים מזוהמים, או באמצעות מגע ישיר עם בני אדם. שיגלה התפתחה להיות פתוגן יעיל המותאם לבני אדם, עם מינון מדבק של 10-100 חיידקים המספיקים כדי לגרום למחלה16. במהלך מעבר במעי הדק, שיגלה חשופה לאותות סביבתיים, כגון טמפרטורה גבוהה ומרה17. זיהוי אותות אלה גורם לשינויי שעתוק לבטא גורמי אלימות המשפרים את יכולתם של החיידקים להדביק את המעי הגס האנושי 17,18,19. שיגלה אינה פולשת לאפיתל המעי הגס מפני השטח האפיקאליים, אלא עוברת דרך שכבת האפיתל בעקבות ספיגה לתאי מיקרופולד מיוחדים מציגי אנטיגן (תאי M) בתוך אפיתל 20,21,22 הקשור לזקיק. לאחר טרנסציטוזה, תאי שיגלה עוברים פאגוציטוזה על ידי מקרופאגים תושבים. שיגלה בורח במהירות מהפאגוזום וגורם למוות של תאי מקרופאגים, וכתוצאה מכך משחררים ציטוקינים מעודדי דלקת 5,23,24. שיגלה פולש אז לתאי אפיתל המעי הגס מהצד הבזולטרלי, ממקם את הוואקול המקרופינוציטי, ומבסס נישה משוכפלת בציטופלסמה 5,25. ציטוקינים מעודדי דלקת, במיוחד אינטרלוקין-8 (IL-8), מגייסים לויקוציטים נויטרופילים פולימורפו-גרעיניים (PMNs) לאתר הזיהום, מה שמחליש צמתים הדוקים אפיתל, ומאפשר חדירה חיידקית של רירית האפיתל כדי להחמיר זיהום בזולטרלי5. PMNs להרוס את רירית אפיתל נגוע כדי להכיל את הזיהום, וכתוצאה מכך הסימפטומים האופייניים של דיזנטריה חיידקית (דמית)5. למרות שמנגנוני הפלישה והשכפול התוך-תאי אופיינו ביסודיות, מחקר חדש מדגים מושגים חדשים חשובים בזיהום שיגלה, כולל ויסות אלימות במהלך מעבר במערכת העיכול (GI)17, היצמדות19, שיפור הגישה הבזולטרלית דרך חדירות מחסום26, והובלה א-סימפטומטית בילדים הסובלים מתת-תזונה27.
היכולת של Shigella spp. לגרום למחלות שלשול מוגבלת לבני אדם ולפרימטים לא אנושיים (NHP)28. מודלים של זיהום מעיים Shigella פותחו עבור דגי זברה29, עכברים30, שרקנים31, ארנבים 21,32,33 וחזירים 34,35. עם זאת, אף אחת ממערכות מודל אלה אינה יכולה לשכפל במדויק את מאפייני המחלה שנצפו במהלך זיהום אנושי36. למרות שמודלים NHP של שיגלוזיס הוקמו כדי לחקור את הפתוגנזה של שיגלה, מערכות מודל אלה יקרות ליישום ודורשות מינונים זיהומיים גבוהים באופן מלאכותי, עד תשעה סדרי גודל גבוהים יותר מהמינון המדבק של בני אדם 37,38,39,40,41,42. לפיכך, ההתאמה יוצאת הדופן של שיגלה להדבקה של פונדקאים אנושיים מחייבת שימוש בתרביות תאים שמקורן בבני אדם כדי ליצור מחדש מודלים רלוונטיים מבחינה פיזיולוגית לחקירה מדויקת של פתוגנזה של שיגלה.
כאן, מתוארים נהלים מפורטים כדי למדוד את שיעורי ההיצמדות של Shigella , פלישה ושכפול בתוך תאי אפיתל המעי הגס HT-29. באמצעות פרוטוקולים סטנדרטיים אלה, ניתן לחקור את המנגנונים המולקולריים שבאמצעותם גנים של אלימות חיידקית ואותות סביבתיים משפיעים על כל שלב של זיהום שיגלה כדי להבין טוב יותר את יחסי הגומלין הדינמיים בין המארח לפתוגן.
פרוטוקול זה מתאר סדרה של שלוש בדיקות סטנדרטיות לחקר היצמדות לשיגלה, פלישה ושכפול תוך-תאי של תאי אפיתל במעי. למרות ששיטות אלה הן בסך הכל גרסאות מותאמות של מבחני גנטמיצין קלאסיים המשמשים לחקר הפלישה והשכפול התוך-תאי של פתוגנים חיידקיים שונים בתוך תאי המאכסן49,50,51<sup clas…
The authors have nothing to disclose.
התמיכה במחברים כוללת את המחלקה לרפואת ילדים של בית החולים הכללי של מסצ’וסטס, פרס הוועד המנהל למימון תמיכה זמנית במחקר (ISF) לשנת 2022A009041, מענק המכון הלאומי לאלרגיה ומחלות זיהומיות R21AI146405, והמכון הלאומי לסוכרת ומחלות עיכול וכליות מענק תזונה במרכז המחקר להשמנת יתר בהרווארד (NORCH) 2P30DK040561-26. למממנים לא היה כל תפקיד בעיצוב המחקר, באיסוף הנתונים ובניתוחם, בהחלטה על פרסומם או בהכנת כתב היד.
0.22 μm PES filter | Millipore-Sigma | SCGP00525 | Sterile, polyethersulfone filter for sterilizing up to 50 mL media |
14 mL culture tubes | Corning | 352059 | 17 mm x 100 mm polypropylene test tubes with cap |
50 mL conical tubes | Corning | 430829 | 50 mL clear polypropylene conical bottom centrifuge tubes with leak-proof cap |
6-well tissue culture plates | Corning | 3516 | Plates are treated for optimal cell attachment |
Bile salts | Sigma-Aldrich | B8756 | 1:1 ratio of cholate to deoxycholate |
Congo red dye | Sigma-Aldrich | C6277 | A benzidine-based anionic diazo dye, >85% purity |
Countess cell counting chamber slide | Invitrogen | C10283 | To be used with the Countess Automated Cell Counter |
Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Sigma-Aldrich | D8418 | A a highly polar organic reagent |
Dulbecco’s Modified Eagle Medium (DMEM) | Gibco | 10569-010 | DMEM is supplemented with high glucose, sodium pyruvate, GlutaMAX, and Phenol Red |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Sigma-Aldrich | F4135 | Heat-inactivated, sterile |
Gentamicin | Sigma-Aldrich | G3632 | Stock concentration is 50 mg/mL |
HT-29 cell line | ATCC | HTB-38 | Adenocarcinoma cell line; colorectal in origin |
Paraffin film | Bemis | PM999 | Laboratory sealing film |
Petri dishes | Thermo Fisher Scientific | FB0875713 | 100 mm x 15 mm Petri dishes for solid media |
Phosphate-buffered saline (PBS) | Thermo Fisher Scientific | 10010049 | 1x concentration; pH 7.4 |
Select agar | Invitrogen | 30391023 | A mixture of polysaccharides extracted from red seaweed cell walls to make bacterial plating media |
T75 flasks | Corning | 430641U | Tissue culture flasks |
Triton X-100 | Sigma-Aldrich | T8787 | A common non-ionic surfactant and emulsifier |
Trypan blue stain | Invitrogen | T10282 | A dye to detect dead tissue culture cells; only live cells can exclude the dye |
Trypsin-EDTA | Gibco | 25200-056 | Reagent for cell dissociation for cell line maintenance and passaging |
Tryptic Soy Broth (TSB) | Sigma-Aldrich | T8907 | Bacterial growth media |