本实验方案描述了用于探究的感染实验方法 志贺氏菌 黏附、侵袭和细胞内复制 体外 上皮细胞系
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本实验方案描述了用于探究的感染实验方法 志贺氏菌 黏附、侵袭和细胞内复制 体外 上皮细胞系
人类适应的肠道致病菌 志贺氏菌 每年导致数百万例感染,对儿科患者的长期生长发育造成影响,并且是全球腹泻相关死亡的主要原因之一。感染后,病原体穿过胃肠道并侵染结肠上皮细胞,从而引发水样或血性腹泻。由于抗生素耐药性急剧上升,且目前尚无获批疫苗,因此建立标准化的研究方案对于深入研究这一严重病原体至关重要。本文介绍了一系列用于研究其分子致病机制的方法。 志贺氏菌 使用 体外 结肠上皮细胞中细菌黏附、侵袭及胞内复制的分析。在进行感染分析之前,毒力表型的 志贺氏菌 菌落通过在琼脂平板上吸收刚果红染料来验证。在细菌培养过程中,也可考虑使用添加了补充成分的实验室培养基以模拟 体内 条件下,采用标准化实验流程,将细菌细胞以既定的感染复数接种于培养板中的结肠上皮细胞,以感染结肠上皮细胞,并根据需要进行调整,以分析感染的各个阶段。对于黏附实验, 志贺氏菌 细胞在低培养基水平下孵育,以促进细菌与上皮细胞的接触。在侵袭和胞内复制实验中,均采用庆大霉素处理不同时间,以清除胞外细菌,从而评估细菌侵袭情况和/或定量胞内复制速率。所有感染实验均通过梯度稀释感染后的上皮细胞裂解液,将细菌菌落形成单位在刚果红琼脂平板上进行计数,并相对于接种滴度进行归一化,以分别定量黏附、侵袭和/或胞内细菌数量。上述方法可实现对感染各阶段的独立表征与比较 志贺氏菌 感染上皮细胞以成功研究该病原体。
由肠道致病菌引起的腹泻病是全球重大的公共卫生负担。2016年,腹泻病在全球造成130万人死亡,是五岁以下儿童死亡的第四大原因1,2。革兰氏阴性肠道致病菌Shigella是志贺菌病的致病因子,而志贺菌病是全球腹泻相关死亡的主要原因之一3。每年,中低收入国家的儿童中因志贺菌病导致大量发病和死亡4,5,而在高收入国家,感染通常与托儿所、食源性和水源性暴发有关6,7,8,9。疫苗研发效果不佳10以及抗菌药物耐药性(AMR)日益加剧11,12,使大规模Shigella疫情的防控更加复杂。美国疾病控制与预防中心近期数据显示,2020年美国近46%的Shigella感染病例表现出耐药性13,14,而世界卫生组织已将Shigella列为需要紧急开发新疗法的抗菌药物耐药优先病原体15。
志贺氏菌 感染极易传播 通过 通过摄入被污染的食物或水,或通过直接的人际接触,经粪-口途径传播。 志贺氏菌 已进化为一种高效的人类适应性病原体,仅需10-100个细菌即可引发疾病16小肠转运过程中, 志贺氏菌 暴露于环境信号,例如升高的温度和胆汁17检测到这些信号会诱导转录变化,从而表达毒力因子,增强细菌感染人结肠的能力17,18,19. 志贺氏菌 不会从肠上皮的顶膜表面侵入,而是被滤泡相关上皮内的特化抗原呈递微皱褶细胞(M细胞)摄取后,穿过上皮层进行转运20,21,22经转胞吞作用后, 志贺氏菌 细胞被常驻巨噬细胞吞噬。 志贺氏菌 迅速逃逸吞噬体并触发巨噬细胞死亡,导致促炎性细胞因子的释放5,23,24. 志贺氏菌 然后从基底侧侵入结肠上皮细胞,裂解巨胞饮泡,并在细胞质中建立复制微环境5,25促炎性细胞因子,尤其是白细胞介素-8(IL-8),可招募多形核中性粒细胞(PMNs)至感染部位,从而削弱上皮紧密连接,促进细菌侵入上皮层,加剧基底外侧感染。5中性粒细胞通过破坏受感染的上皮层以控制感染,从而导致杆菌性(血性)痢疾的典型症状。5尽管入侵和细胞内复制机制已被深入表征,但新近研究正在揭示该领域一些重要的新概念 志贺氏菌 感染,包括胃肠道(GI)通过期间的毒力调控17,黏附19,通过屏障通透性改善基底外侧通路26以及营养不良儿童中的无症状携带27.
其能力 志贺氏菌 引起腹泻性疾病的 spp. 仅限于人类和非人灵长类动物(NHP)28. 志贺氏菌 斑马鱼已开发出肠道感染模型29,小鼠30,豚鼠31,兔子21,32,33和猪34,35然而,这些模型系统均无法准确再现人类感染过程中观察到的疾病特征36. 尽管已建立志贺菌病的非人灵长类动物模型用于研究 志贺氏菌 发病机制,这些模型系统实施成本高昂,且需要人为较高的感染剂量,最高可达人类感染剂量的九个数量级37,38,39,40,41,42因此,这种显著的适应性 志贺氏菌 为感染人类宿主的研究需要使用人源性细胞培养物,以构建符合生理相关性的模型,从而对感染过程进行准确解析 志贺氏菌 发病机制
此处详细描述了测量速率的方法 志贺氏菌 HT-29 结肠上皮细胞的黏附、侵袭及胞内复制。利用这些标准化方案,可研究细菌毒力基因和环境信号影响上述每个步骤的分子机制 志贺氏菌 感染可用于深入探究宿主与病原体之间动态相互作用的关系。
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1. 试剂与材料的准备
注意:所有体积均基于使用两块6孔板的实验设计。
2. 细菌的制备
注意:所有 Shigella 的实验室培养和保存方案均改编自 Payne, S. M.43。
警告:志贺氏菌(Shigella)属于危险等级2类病原体44。所有实验操作均须在生物安全二级(BSL-2)环境中进行,并采取额外的安全措施,以减少因志贺氏菌属的感染剂量极低而导致的意外暴露风险。
3. HT-29 真核细胞的制备
注意:所有体积均基于使用两块6孔板的实验设计。HT-29细胞系购自美国模式培养物集存库(ATCC)。HT-29细胞的维持方案根据ATCC推荐方案进行调整46。所有培养基在使用前应于37 °C水浴中预热。所有HT-29细胞的维持操作均应在生物安全柜中进行。在培养基中混合或处理HT-29细胞时,应避免产生气泡,以防止pH发生剧烈变化。



4. 黏附实验
注意:所有体积均基于使用两块6孔板的实验设计。
5. 侵袭实验
注意:所有体积均基于使用两块6孔板的实验设计。
6. 细胞内复制实验
注意:所有体积均基于使用两块6孔板的实验设计。
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通过黏附、侵袭和细胞内复制实验,比较了S. flexneri 2457T野生型(WT)与S. flexneri ΔVF(ΔVF)突变株的特性,后者被认为对Shigella的毒力具有负调控作用。由于Shigella利用胆盐作为调控毒力的信号分子17,18,47,实验在细菌于TSB培养基中继代培养后进行,同时设置了添加0.4%(w/v)胆盐的TSB培养基组18。继代培养过程中暴露于胆盐被视为一种预处理,用以模拟细菌在进入结肠感染前穿越小肠的生理过程17,18,47。图1分析了<...
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本方案描述了一组三种标准化的实验方法,用于研究Shigella对肠上皮细胞的黏附、侵袭以及胞内复制。尽管这些方法仅是对经典庆大霉素保护实验的改良版本,最初用于研究多种细菌病原体在宿主细胞内的侵袭和胞内复制过程49,50,51,但在研究Shigella时必须采用特殊的实验条件和考虑因素。
志贺氏菌 是兼性厌氧菌,在有氧条件下,于37 °C的丰富培养基中生长最佳43在进行这些检测以探究不同环境信号或代谢物对...的影响时 志贺氏菌 感染时,建议培养 志贺氏菌 在丰富培养基中过夜培养,然后转接至限定或补充培养基中,于感染前培养至对数生长中期。毒力基因的最大表达发生在对数生长期。52,
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作者声明无利益冲突。
作者的研究得到了马萨诸塞州总医院儿科系、研究执行委员会临时支持基金(ISF)项目2022A009041、美国国家过敏与传染病研究所资助R21AI146405以及美国国家糖尿病、消化与肾脏疾病研究所资助哈佛营养与肥胖研究中心(NORCH)2P30DK040561-26的支持。资助方在研究设计、数据收集与分析、发表决定或稿件撰写过程中均未发挥任何作用。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 0.22 μm PES 滤膜 | Millipore-Sigma | SCGP00525 | 无菌聚醚砜滤膜,用于过滤灭菌最多 50 mL 培养基 |
| 14 mL 培养管 | Corning | 352059 | 17 mm × 100 mm 聚丙烯带盖试管 |
| 50 mL 锥形离心管 | Corning | 430829 | 50 mL 透明聚丙烯圆锥底离心管,带防漏盖 |
| 6 孔组织培养板 | Corning | 3516 | 经表面处理,利于细胞最佳贴附 |
| 胆盐 | Sigma-Aldrich | B8756 | 胆酸与脱氧胆酸按 1:1 比例混合 |
| 刚果红染料 | Sigma-Aldrich | C6277 | 一种基于联苯胺的阴离子偶氮染料,>85% 纯度 |
| Countess 细胞计数板 | Invitrogen | C10283 | 与 Countess 自动细胞计数仪配合使用 |
| 二甲基亚砜(DMSO) | Sigma-Aldrich | D8418 | 一种高度极性的有机试剂 |
| Dulbecco’s 改良伊格尔培养基(DMEM) | Gibco | 10569-010 | DMEM 添加了高浓度葡萄糖、丙酮酸钠、GlutaMAX 和酚红 |
| 胎牛血清(FBS) | Sigma-Aldrich | F4135 | 经热灭活处理,无菌 |
| 庆大霉素 | Sigma-Aldrich | G3632 | 储存液浓度为 50 mg/mL |
| HT-29 细胞系 | ATCC | HTB-38 | 腺癌细胞系,来源于结直肠 |
| 石蜡膜 | Bemis | PM999 | 实验室封口膜 |
| 培养皿 | Thermo Fisher Scientific | FB0875713 | 100 mm × 15 mm 培养皿,用于固体培养基 |
| 磷酸盐缓冲液(PBS) | Thermo Fisher Scientific | 10010049 | 1× 浓度;pH 7.4 |
| 琼脂 | Invitrogen | 30391023 | 从红藻细胞壁提取的多糖混合物,用于制备细菌培养平板 |
| T75 培养瓶 | Corning | 430641U | 组织培养瓶 |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | T8787 | 一种常用的非离子型表面活性剂和乳化剂 |
| 台盼蓝染色液 | Invitrogen | T10282 | 用于检测死亡的组织培养细胞;只有活细胞能够排斥该染料 |
| 胰蛋白酶-EDTA | Gibco | 25200-056 | 用于细胞解离,适用于细胞系的维持与传代 |
| 胰蛋白胨大豆肉汤(TSB) | Sigma-Aldrich | T8907 | 细菌生长培养基 |
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