Targeting Biofilm Assoziierte<em> Staphylococcus aureus</em> Verwendung von Resazurin Based Drug-Anfälligkeit Assay

Summary

Most bacterial infections produce a biofilm. By virtue of their environment, biofilm associated bacteria are often phenotypically drug resistant. Novel antibacterial molecules that kill bacteria in biofilms are thus a high priority. We establish an assay to quickly screen for antimicrobial compounds that are effective at eradicating biofilms.

Abstract

Most pathogenic bacteria are able to form biofilms during infection, but due to the difficulty of manipulating and assessing biofilms, the vast majority of laboratory work is conducted with planktonic cells. Here, we describe a peg plate biofilm assay as performed with Staphylococcus aureus. Bacterial biofilms are grown on pegs attached to a 96-well microtiter plate lid, washed through gentle submersion in buffer, and placed in a drug challenge plate. After subsequent incubation they are again washed and moved to a final recovery plate, in which the fluorescent dye resazurin serves as a viability indicator. This assay offers greatly increased ease-of-use, reliability, and reproducibility, as well as a wealth of data when conducted as a kinetic read. Moreover, this assay can be adapted to a medium-throughput drug screening approach by which an endpoint fluorescent readout is taken instead, offering a path for drug discovery efforts.

Introduction

Pathogene Keime können ¹ Biofilmen in vivo führt zu nicht akuten chronischen Infektionen bilden. Biofilm-assoziierte Infektion ist eine ernste Risikofaktor für medizinische Verfahren , die Implantation von Fremdkörpern (zB künstliche Knochenersatz, Brustimplantate) oder die Installation von Trachealtuben oder Urinkatheter ² beinhalten. In diesen Zusammenhängen ist eine antiinfektive Therapie fast immer notwendig , als Biofilm-basierte Infektionen auf ihren eigenen selten gelöscht werden, selbst in immunkompetenten Individuen. Staphylococcus aureus eine der am häufigsten beobachteten Krankheitserreger in Biofilm-Komplikationen beteiligt ist , während der Verwendung auftreten , von invasive medizinische Geräte ^3.

Sie mehr resistent gegen die Behandlung als planktonischen Zellen ^1,4, und die Bewertung der vorhergesagten klinische Wirksamkeit Leider macht das Wesen von Biofilmen als Schutzbarriere ist ein wichtiger Bestandteil der beiden AnfangsArzneimittelentwicklung sowie Arzneimittelresistenzüberwachung. Es gibt immer mehr Anerkennung , dass Laborbedingungen auf planktonischen Kulturen konzentriert, kann nicht treu reale Krankheit ⁵ darstellen. Weiterhin das Problem Compoundierung, ist die Replikation von Biofilm – Phänotypen schwierig, und vorhandene Biofilm – Modelle sind langwierig und leiden unter hohen inter- und intra Assay Variabilität ^6. viele Forscher, durch die Notwendigkeit, Standard zu planktonischen Zellassays von Medikamentenempfindlichkeit, wodurch möglicherweise ein wichtiger Aspekt der bakteriellen Virulenz zu vernachlässigen und Krankheit So.

Hier beschreiben wir das Protokoll für Bakterien Testen, insbesondere S. aureus, in pre-grown Biofilmen eine 96-Well – basierten Biofilm System ^7,8 verwendet. Während das Protokoll für die Biofilmbildung und die Herausforderung im Wesentlichen die Empfehlungen des Herstellers folgt präsentieren wir eine alternative informationsreiche Methode, um die Lebensfähigkeit des bioF zur Quantifizierungilm nach Herausforderung. Kurz gesagt, sind Bakterien in der Stange Platte kultiviert, wo Biofilmen an der Platte des Deckels angebracht an den vorstehenden Zapfen bilden. Nach der Biofilmbildung sind die Zapfen in die Vertiefungen einer frischen Platte mit PBS gefüllt zu entfernen planktonischen Zellen vorsichtig getaucht. Der PEG-Deckel mit Biofilmen angebracht ist, wird auf eine neue Herausforderung Platte übertragen, verschiedene Konzentrationen der Antibiotika enthält, untersucht werden. Nach einer zweiten Inkubation werden Deckel wieder entfernt, gewaschen und in ein Rückgewinnungsplatte Resazurin Farbstoff enthält, überführt, wo sie einer abschließenden Inkubation unterzogen werden. Resazurin Umwandlung kann nach einer definierten Erholungszeit als Endpunkt Lesen kinetisch oder verbucht. Dieser Farbstoff-basierte Methode , um die Lebensfähigkeit von Biofilmen zu quantifizieren , unterscheidet sich erheblich von den langweiligen KBE (Kolonie bildende Einheiten) zählen basierte Methodik im ursprünglichen Protokoll ⁷ beschrieben. OD ₆₀₀ Messungen der Droge Herausforderung Platte und Resazurin Umwandlungskinetik dienen als Lebensfähigkeit Leseouts von planktonischen und Biofilm-Zellen, die jeweils eine schnelle, zuverlässige, informationsreiche und technisch einfachen Test zur Biofilm Überleben anbietet.

Protocol

1. Biofilm Initiation Wachsen einer Kultur des Biofilms produzierenden Organismus in einem nährstoffreichen Medium. Impfen Staphylococcus aureus – Stamm Newman in 10 ml Mueller-Hinton – Medium aus einem Glycerin Lager. Führen Sie alle Arbeiten , die mit der Handhabung von S. aureus mit Handschuhen und in einem Biosicherheitsschrank. bei 37 ° C für 16 Stunden inkubieren auf einem Rotationsschüttler (100-200 rpm). Bestimmen Sie OD 600 der Kultur eines Spektr…

Representative Results

Der Resazurin-Assay ist empfindlich genug, um zuverlässig sehr wenige lebensfähige Zellen replizieren in drogenfreien Medium nach der Herausforderung der Lage zu erkennen. In dieser Methode definieren wir die minimale Biofilm auszurotten Konzentration als die niedrigste Konzentration, bei der keine Resazurin Umwandlung innerhalb von 24 h zu sehen ist. Der Resazurin-Assay beruht auf oxidativen Moleküle in metabolisch aktiven Zellen gefunden, die den Farbstoff Farbe von blau zu rosa kon…

Discussion

Hier haben wir ein abgewandeltes Biofilm – Assay zur Bestimmung der Aktivität der getesteten Inhibitoren auf S. beschrieben aureus Biofilm auf den Stoffwechselzustand von Biofilm assoziierten Zellen konzentriert. Während die beschriebene Biofilm Initiierung und Widerspruchsverfahren meist nachgeahmten Herstellerempfehlungen, die Verwendung von Resazurin Farbstoff Biofilm-assoziierte Zellen, die eine 24-Stunden-Inhibitor Herausforderung überleben dramatisch vereinfacht die empfohlene Verfahren der Ze…

Materials

Mueller-Hinton Medium	Oxoid	CM0405	Follow recommendations of manufacturer
RPMI-medium	Corning	17-105-CV
CRPMI	Ref 9		RPMI-1640 medium chelexed for 1h with Chelex 100 resin and then supplemented with 10% unchelexed RPMI-1640
Chelex 100 Resin	Bio Rad	142-2822
MBEC-plates	Innovotech	19111
Resazurin Sodium Salt	Sigma	R7017	800µg/ml in DI water     Filter sterile
Micro Plate Shaking Platform	Heidolph Titramax 1000
Cytation 3 Plate Reader	Biotek
Gen5 software	Biotek		Recording and analysis of resazurin conversion
Neocuproine	Sigma	N1501	prepare 10 mM stock in 100% Ethanol, store at -80ºC
Copper sulfate	Acros Organics	7758-99-8	prepare a 100 mM stock solution in water, store at 4ºC
Cu-Neocuproine	Self-Made		Generated by mixing equal molarities of neocuproine and copper sulfate. Mix was diluted in CRPMI medium to desired concentration.
Gentamicin	Sigma	G3632-1G