High Throughput, en temps réel, à double lecture Test de intracellulaires activité antimicrobienne et eucaryotes cytotoxicité cellulaire

Pathogens qui poussent ou résident temporairement dans des compartiments intracellulaires sont difficiles à éradiquer thérapeutique. OBLIGER ou relativement obliger les agents pathogènes intracellulaires tels que Legionella pneumophila, Coxiella burnetii, Brucella spp. , Francisella tularensis, et Mycobacterium spp. nécessitent souvent des cours de thérapie antimicrobienne prolongée pour la guérison qui peut aller de quelques mois à voire des années. En outre, les agents pathogènes extracellulaires peuvent transitoirement occuper des niches intracellulaires et de cette façon échapper à un dégagement de cours normales de traitement antimicrobien et de sortir plus tard pour commencer de nouveaux cycles d'infection virulente. Staphylococcus aureus ¹ et uropathogènes entérobactéries ^2,3 infections sont deux exemples de plus en plus reconnus. Par conséquent, un objectif fondamental de découverte de médicament consiste à identifier de nouveaux agents antimicrobiens qui pénètrent dans les compartiments intracellulaires. Le traitement optimal pour éradiquer rapidementorganismes intracellulaires et de prévenir le développement de la résistance aux antimicrobiens par l'exposition sous-inhibitrice est particulièrement souhaitable.

À cette fin, nous avons développé une technologie de criblage à haut débit pour identifier les antimicrobiens intracellulaires-ressuage ciblant la croissance intracellulaire de l'agent pathogène du modèle, Legionella pneumophila. ⁴ observations cliniques antérieures indiquent que les tests de sensibilité aux antimicrobiens norme n'a pas prédire avec précision in vivo l' efficacité thérapeutique contre cet organisme. ⁵ Plus précisément, ce fut parce que les principales catégories d'antimicrobiens tels que les ß-lactamines et aminosides, bien que très efficace contre axéniquement cultivé Legionella, ne pénètrent pas suffisamment dans les compartiments intracellulaires où Legionella réside. ^5,6 preuves plus tard suggéré que les essais de croissance intracellulaire techniquement plus complexes de manière efficace prédit l' efficacité clinique. ⁷ </sup> Malheureusement, ces essais ont été extrêmement laborieux points d'extrémité des essais, ce qui nécessite des macrophages infectés, traités avec des antimicrobiens, être lysées à différents moments de points pour former des colonies unité dénombrement. De tels essais ne sont pas pratiques à faire sur une grande échelle et ne conviennent pas à haut débit de découverte de médicaments.

Par conséquent, nous avons développé la technologie pour la détermination en temps réel de la croissance bactérienne intracellulaire. ⁶ Cela a été réalisé par l' utilisation d'une souche bactérienne modifiée par l' intégration soit une luciférase bactérienne opéron ⁸ (dosage de première génération a été décrite précédemment) , ⁴ ou protéine fluorescente ⁹ reporters (deuxième génération, le dosage orthogonaux, décrit ici) dans le chromosome bactérien. De cette façon, luminescent ou signal fluorescent fournit un substitut, la lecture en temps réel du nombre de bactéries.

Cependant, ces attributs ne traitent pas un facteur de confusion majeure dans infectio intracellulairen essais, les effets hors-cible sur les cellules hôtes. En particulier, la mort de la cellule hôte limite intrinsèquement la croissance intracellulaire et conduit à l'identification de faux positifs de l'effet antimicrobien. Comme de nombreux composés dans les bibliothèques de criblage sont cellules eucaryotes toxiques, ces faux positifs submergent vrais antimicrobiens, ce qui nécessite un grand nombre de suivi, des tests de cytotoxicité point final pour la résolution.

Ainsi, il était d'un grand intérêt pour être en mesure d'évaluer la viabilité des cellules eucaryotes et la croissance intracellulaire simultanément. En particulier, une caractéristique des cellules eucaryotes non viables est la perte d'intégrité de la membrane cellulaire. Les sondes qui testent la perméabilité de la membrane cellulaire peuvent donc être utilisés pour évaluer la viabilité cellulaire. Nous avons précédemment caractérisé l'aptitude d'une série de cellules putativement membrane, imperméants, des colorants de liaison à l'ADN fluorescent d'accès et de souiller l'ADN nucléaire des cellules mortes. ⁴ sur la liaison de l' ADN nucléaire, ces colorants présentent une forte augmentation Quantum rendement de fluorescence entraînant une augmentation de signal sur la fluorescence de la solution de fond. Par conséquent, ces colorants ont fourni une lecture quantitative de la mort cellulaire eucaryote. ⁴ Notamment, nous avons constaté que plusieurs étaient non toxiques eux – mêmes pendant la co-incubation prolongée avec les macrophages J774. Lorsqu'il est ajouté au cours de l'infection initiale, ils ont fourni en temps réel, la lecture de fluorescence de la mort cellulaire eucaryote qui peut être mesurée par un fluorimètre à microplaques ou observée au microscope.

Par conséquent, en combinant l'utilisation d'un journaliste bactérienne et non toxique, membrane-impermeant, colorants de liaison d'ADN, nous avons pu mettre au point un non-destructif, simple essai, en temps réel pour mesurer à la fois la charge bactérienne et eucaryote cytotoxicité cellulaire simultanément. Ce test nous a permis d'écran dans 384 puits format de plaque ~ 10.000 bioactifs connus, y compris ~ 250 antimicrobiens et> 240.000 petites molécules ayant une activité fonctionnellement non caractérisée par la capacité à inhiber la croissance intracellulaire deLegionella pneumophila, tandis que dans le même temps , la génération de données de cytotoxicité des cellules eucaryotes pour chaque composé. ⁶ Notre analyse des antimicrobiens connus contre la croissance intracellulaire de Legionella était l'exploration la plus complète de ce type à ce jour. ⁶

Sur la base de l'efficacité de notre format d'essai, nous avons également exploré ensuite les effets synergiques potentiels des antimicrobiens connus lorsqu'ils sont utilisés en combinaison. L'un des essais de synergie les plus courants, le dosage que l'on appelle damiers, est réalisée en évaluant la manière standard les effets combinatoires des dilutions en série de deux en deux de deux ou plusieurs agents antimicrobiens. ¹⁰ Dans ces essais, la synergie est définie par l'observation d' un effet plus important lorsque deux ou plusieurs agents antimicrobiens sont appliqués en même temps que la somme des effets de chacun appliqués séparément. Il convient de noter, jusqu'à présent, uniquement axé et les tests de synergie sélective a été réalisée contre intracellulaire Legionella pneumophila </em> à cause du grand effort impliqué dans les essais finaux traditionnels multiplié par les permutations combinatoires nécessaires.

Pour faciliter les tests de synergie, nous avons fait usage de notre temps réel la croissance intracellulaire / test de cytotoxicité eucaryote en combinaison avec la technologie de distribution numérique automatisé ^6. Cette automatisation nous a permis de distribuer des dilutions en série des composés dissous dans du DMSO ou de la solution aqueuse seuls ou en combinaison dans un format à 384 puits. ¹¹ En outre, cette technologie de traitement des liquides robuste nous a permis d'effectuer facilement une résolution plus élevée, la racine carrée de deux enfants (plutôt que la norme, une résolution inférieure, doublant) combinaisons de dilution pour atteindre des niveaux plus élevés de spécificité dans nos deux dimensions, checkerboard synergie une analyse. Cette résolution a été particulièrement précieuse pour répondre aux préoccupations en matière de synergie sur les reproductibilité lors de l' utilisation double série de dilutions ^12. Enfin, notre analyse était quantitative et aussi thervant gradations d'inhibition mesurée. En conséquence, l'essai a capturé la totalité de l'information d'inhibition, exprimables dans isocontour isobologrammes dans lequel isocontours relier les concentrations combinatoires avec des niveaux similaires d'inhibition de la croissance. ⁶ Cette stratégie a permis la visualisation de tracé des courbes dose-réponse combinatoires. Pour illustrer notre méthodologie, nous décrivons notre protocole pour effectuer ces tests et montrer des résultats représentatifs.