Summary

Détection de la colonisation de Escherichia Coli entéro-hémorragique en hôte murin par système de Bioluminescence Non invasif In Vivo

Published: April 09, 2018
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Summary

Un protocole détaillé d’un modèle de souris pour entérohémorragique Escherichia coli (EHEC) colonisation en utilisant des bactéries marquées bioluminescence est présenté. La détection de ces bactéries bioluminescentes par un non invasif in vivo d’imagerie système animaux vivants peut avancer notre compréhension actuelle de la colonisation de l’ECEH.

Abstract

Entérohémorragique Escherichia coli (EHEC) O157 : H7, qui est un agent pathogène d’origine alimentaire de cette causesdiarrhea, la colite hémorragique (HS), et de syndrome hémolytique et urémique (SHU), coloniser pour le tractus intestinal de l’homme. Pour étudier le mécanisme détaillé de EHEC colonisation in vivo, il est essentiel d’avoir des modèles animaux de surveiller et de quantifier la colonisation ECEH. Nous montrons ici un modèle de colonisation souris-ECEH en transformant le plasmide exprimant bioluminescent à EHEC de surveiller et de quantifier la colonisation ECEH chez les hôtes de la vie. Animaux inoculés avec marqué bioluminescence EHEC affichent des signaux bioluminescentes intenses chez les souris par détection avec un non invasif en vivo système d’imagerie. Après que 1 à 2 jours après l’infection, signaux bioluminescentes pourraient toujours être détectés chez les animaux infectés, ce qui suggère que les EHEC colonisent en hôtes pendant au moins 2 jours. Nous démontrons également que ces EHEC bioluminescentes localiser à l’intestin de souris, plus précisément dans le caecum et le côlon, des images ex vivo . Ce modèle de colonisation souris-EHEC peut servir d’outil pour faire avancer les connaissances actuelles sur le mécanisme de colonisation ECEH.

Introduction

EHEC O157 : H7 est un pathogène qui provoque la diarrhée1, HS2, HUS3et une insuffisance rénale aiguë même4 par contamination de l’eau ou de nourriture. EHEC est un enterobacterium pathogène et colonise dans le tube digestif de l’homme1. Lorsque EHEC a tout d’abord adhérer à l’épithélium intestinal hôte, ils injectent les facteurs de colonisation dans les cellules de l’hôte à travers le système de sécrétion type III (T3SS) qui fonctionne comme une seringue moléculaire induisant une fixation et effacement (A/E) lésion suite à appliquer adhérence (colonisation)5. Ces gènes impliqués dans la formation de lésions A/E sont codés par le locus de l’entérocyte effacement (LEE) pathogénicité île5.

Bioluminescence est une réaction chimique produisant de la lumière, dans laquelle luciférase catalyse la luciférine de substrat pour générer de la lumière visible6. Ce processus enzymatique nécessite souvent la présence d’oxygène ou de l’adénosine triphosphate (ATP)6. Bioluminescence imaging (BLI) permet aux chercheurs de la visualisation et la quantification des interactions hôte-pathogène dans les animaux vivants7. BLI peut caractériser le cycle d’infection bactérienne chez les animaux vivants en suivant les bactéries bioluminescentes comme ils migrent vers et envahissent les différents tissus7; Cela révèle une progression dynamique de l’infection. En outre, la charge bactérienne chez les animaux est liée à la bioluminescence signal8; Il est donc un indicateur commode pour estimer les conditions pathologiques des animaux d’expérimentation d’une manière simple et directe.

Le plasmide utilisé ici contenait l’opéron luciférase, luxCDABE, qui est de la bactérie Photorhabdus luminescens qui encode ses propres luciférase substrat7,9. En transformant ce plasmide exprimant luciférase en bactéries, les processus de colonisation et l’infection peuvent être surveillés en observant ces bactéries bioluminescentes animaux vivants. Dans l’ensemble, BLI et bactéries marquées bioluminescence permettent aux chercheurs de suivre le nombre de bactéries et de l’emplacement, la viabilité bactérienne avec des antibiotiques/thérapie de traitement et l’expression de gène bactérien infection/colonisation6, 7. on a signalé des nombreuses bactéries pathogènes qui expriment l’opéron luxCDABE d’examiner leur expression de cycle ou de gène d’infection dans l’infection. Ces bactéries, y compris des uropathogènes e. coli10à EHEC8,11,12,13, entéropathogène e. coli (EPEC)8, Citrobacter rodentium14,15, Salmonella typhimurium16, Listeria monocytogenes17, Yersinia enterocolitica18,19, et Vibrio cholerae20, ont été documentés.

Plusieurs modèles expérimentaux ont été développés pour faciliter l’étude des EHEC colonisation in vitro et in vivo21,22,23. Cependant, il y a un manque de modèles animaux appropriés pour étudier l’ECEH colonisation in vivoet ainsi une pénurie résultante de détails. Pour faciliter l’étude du EHEC colonisation mécanisme in vivo, il est utile de construire des modèles animaux pour observer et quantifier la colonisation d’ECEH dans les animaux vivants dans une méthode non invasive.

Ce manuscrit décrit un modèle de colonisation de souris-ECEH qui utilise un système exprimant bioluminescent pour surveiller la colonisation EHEC au fil du temps chez les hôtes vivants. Souris sont inoculées par voie intragastrique avec marqué bioluminescence EHEC et le signal de bioluminescent est détecté chez les souris avec un non invasif in vivo d’imagerie système13. Souris infectées avec marqué bioluminescence ECEH ont montré des signaux bioluminescentes significatives dans leur intestin après que 2 jours après l’infection, ce qui suggère que ces bactéries ont colonisé dans l’intestin de l’hôte après que 2 jours après l’infection. Données d’image ex vivo ont montré que cette colonisation est spécifiquement dans le caecum et le côlon des souris. En utilisant ce modèle de souris-ECEH, la colonisation de EHEC bioluminescente peut être détectée dans l’accueil de la vie par une in vivo d’imagerie système, afin d’étudier les mécanismes détaillés de la colonisation des bactéries entériques, qui peut favoriser une meilleure compréhension dans Changements physiologiques et pathologiques induits par ECEH.

Protocol

ATTENTION : EHEC O157 : H7 est un niveau de biosécurité 2 (BSL-2) pathogène selon les Centers for Disease Control and Prevention (CDC) instruction de biosécurité (https://www.cdc.gov/). Par conséquent, toutes les procédures expérimentales impliquant ECEH doivent être effectuées dans un établissement de BSL-2. Porter des gants et blouses tout en exécutant l’expérience. Travailler dans une cabinet de biosécurité certifiée (BSC). Désinfecter le banc expérimental avant et après la procédure expérimen…

Representative Results

Que nous administrons marqué bioluminescence EHEC (~ 109 cellules bactériennes) à des souris C57BL/6 femelles 6 – anciennes semaine par gavage. Après l’inoculation par voie orale d’ECEH chez la souris à 1 h, les animaux ont été examinés pour signal de bioluminescence par le système d’imagerie in vivo comme illustré à la Figure 7. Les résultats ont montré un signal fort de bioluminescent chez des souris de gavage avec mar…

Discussion

Il a été signalé que EHEC transformé avec plasmide de la luciférase a été utilisé pour examiner sa localisation en hôtes ou gene expression in vivo8,11,12. Le modèle murin démontré ici a aussi signalé pour détecter le moment de EHEC colonisé et la localisation dans hôte murine8. Néanmoins, nous fournissons le protocole en détail comment administrer l’inoculation à des souris …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Nous reconnaissons Chi-Chung Chen de la Department of Medical Research, Chi Mei Medical Center (Tainan, Taïwan) à l’aide de la souris, maladies infectieuses et le soutien du centre animaux Laboratoire National Cheng Kung University. Ce travail est soutenu par le ministre de la Science et la technologie (MOST) accorde (plus 104-2321-B-006-019, 105-2321-B-006-011,-005 and106-2321-B-006) aux CC.

Materials

Shaker incubator YIH DER LM-570R bacteria incubation 
Orbital shaking incubator FIRSTEK S300 bacteria incubation 
pBSL180 source of nptII gene
pAKlux2 source of luxCDABE operon
T&A Cloning Kit Yeastern Biotech FYC001-20P use for TA cloning 
Nsi I NEB R0127S use for plasmid cloning 
Sca I NEB R0122S use for plasmid cloning 
Spe I-HF NEB R0133S use for plasmid cloning 
Sma NEB R0141S use for plasmid cloning 
T4 ligase NEB M0202S use for plasmid cloning 
Ex Taq TaKaRa RR001A use for PCR amplification
10X Ex Taq Buffer TaKaRa RR001A use for PCR amplification
dNTP Mixture  TaKaRa RR001A use for PCR amplification
PCR machine applied Biosystem  2720 thermal cycler   for PCR amplification
Glycerol SIGMA G5516-1L use for bacteria stocking solution
NaCl Sigma 31434-5KG-R chemical for making LB medium, 10 g/L
Tryptone CONDA pronadisa Cat 1612.00 chemical for making LB medium, 10 g/L
Yeast Extract powder Affymetrix 23547-1 KG chemical for making LB medium, 5 g/L
Agar CONDA pronadisa Cat 1802.00 chemical for making LB agar
kanamycin  Sigma K4000-5G antibiotics, use for seleciton
streptomycin  Sigma S6501-100G antibiotics, eliminate the microbiota in mice
EDL933 competent cell Homemade method is on supplemental document 
Electroporator MicroPulser for electroporation
Electroporation Cuvettes Gene Pulser/MicroPulser 1652086 for electroporation
High-speed centrifuge Beckman Coulter Avanti, J-26S XP use for centrifuging bacteria 
Fixed-Angle Rotor Beckman Coulter JA25.5 use for centrifuging bacteria 
Fixed-Angle Rotor Beckman Coulter JLA10.5 use for centrifuging bacteria 
centrifuge bottles Beckman Coulter REF357003 use for centrifuging bacteria 
centrifuge bottles Thermo Fisher scientific 3141-0500 use for centrifuging bacteria 
eppendorf biophotometer plus  eppendorf AG 22331 hamburg for measuring the OD600 value of bacteria
C57BL/6 mice  Laboratory Animal Center of NCKU
lab coat, gloves for personnel protection 
isoflurane  Panion & BF Biotech Inc. G-8669 for mice anesthesia, pharmaceutical grade
1ml syringe  use for oral gavage of mice
Reusable 22 G ball-tipped feeding needle φ0.9 mm X L 50 mm use for oral gavage of mice
surgical  scissors  use for mice experiment
Xenogen IVIS 200 imaging system Perkin Elmer IVIS spectrum use for bioluminescent image capture 
Living Image Software Perkin Elmer version 4.1 use for quantifying the image data

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Cite This Article
Kuo, C., Wang, S., Chen, C. Detection of Enterohemorrhagic Escherichia Coli Colonization in Murine Host by Non-invasive In Vivo Bioluminescence System. J. Vis. Exp. (134), e56169, doi:10.3791/56169 (2018).

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