Examen des phénotypes d'accueil en<em> affinis de Gambusia</em> Après le traitement aux antibiotiques

Summary

Cette étude porte sur les méthodes d'effets sur un hôte modèle de poissons suivants altération des communautés microbiome composition de la peau et de l'intestin par un antibiotique révéler.

Abstract

The commonality of antibiotic usage in medicine means that understanding the resulting consequences to the host is vital. Antibiotics often decrease host microbiome community diversity and alter the microbial community composition. Many diseases such as antibiotic-associated enterocolitis, inflammatory bowel disease, and metabolic disorders have been linked to a disrupted microbiota. The complex interplay between host, microbiome, and antibiotics needs a tractable model for studying host-microbiome interactions. Our freshwater vertebrate fish serves as a useful model for investigating the universal aspects of mucosal microbiome structure and function as well as analyzing consequential host effects from altering the microbial community. Methods include host challenges such as infection by a known fish pathogen, exposure to fecal or soil microbes, osmotic stress, nitrate toxicity, growth analysis, and measurement of gut motility. These techniques demonstrate a flexible and useful model system for rapid determination of host phenotypes.

Introduction

Il a été établi que les antibiotiques peuvent perturber le microbiome humain conduisant à dysbiose, ce qui signifie un déséquilibre de la communauté microbienne. La modification de la composition du microbiote après des traitements antibiotiques a été montré pour réduire la diversité de la communauté, de réduire les principaux membres, et modifier le métabolisme de la communauté, en particulier dans l'intestin ^{1, 2.} Perturbation antibiotique du microbiome intestinal peut réduire la résistance à la colonisation à Clostridium difficile ^{3, 4} et ⁵ Salmonella.

En outre, la perturbation de la flore microbienne a été liée au développement de nombreux syndromes et de maladies chez les humains (par exemple, associée aux antibiotiques entérocolite, d'une maladie intestinale inflammatoire, des troubles métaboliques, etc.). Les antibiotiques sont également largement mises en œuvre dans l'agriculture en tant que promoteurs de croissance dansbétail et de la volaille ^6. L'utilisation de ces outils puissants ne sont pas sans effets collatéraux, ce qui est évident dans l'augmentation rapide de la résistance aux antibiotiques, ainsi que les effets d'un microbiome perturbé a avec son hôte habité. De nombreuses études ont montré que large spectre l'utilisation des antibiotiques a de longues conséquences durables sur la structure et la fonction du microbiote, mais les effets secondaires à partir d'un microbiome impact sur la physiologie de l'hôte de l'antibiotique perturbé sont que des spéculations qui doivent encore être pris en charge.

L'interaction entre l'hôte, le microbiote, et des antibiotiques est loin d'être compris de manière concise. Par conséquent, un modèle simple et plus traitable est avantageux de faire la lumière sur le système très complexe de mammifère. surfaces muqueuses chez l'homme, y compris l'intestin, abritent la plus forte densité et la diversité des microbes, et aussi des interactions microbes hôtes les plus intimes. Le microbiome de la peau de la muqueuse des offres de poissons slusieurs avantages en tant que système modèle. Le Teleostei (poissons osseux) est l' une des premières lignées à diverger au sens Vertébrés que téléostéens ont à la fois inné et acquis des systèmes immunitaires qui ont évolué conjointement une relation avec les communautés bactériennes commensales ^7. Part de la peau de poisson de nombreuses caractéristiques avec des surfaces de type 1 muqueuses de mammifères, telles que les fonctions physiologiques, les composants de l' immunité et l' arrangement des cellules productrices de mucus ^8. L'emplacement de la surface extérieure de la muqueuse du poisson de la peau offre une microbiome facile à manipuler expérimentalement et l'échantillon.

Le Western mosquitofish, Gambusia affinis (G. affinis), est un poisson modèle qui a été utilisé dans le passé pour l' étude de la toxicologie et l' accouplement ^{9, 10, 11.} Compte tenu de la petite taille, l'abondance de la population dans la nature comme une espèce envahissante, m coût des soins inimal et nature robuste, nous avons développé G. affinis comme un modèle de microbiome muqueuse. En outre, Gambusia partager la physiologie de donner naissance à des jeunes avec les mammifères vivipares, ce qui est rare chez les espèces de poissons. Nous avons terminé l'étude la plus vaste au moment de la peau de poisson microbiote normale en utilisant 16S profilage avec Gambusia ^12. D' autres travaux a démontré trois effets négatifs sur l'hôte après la rupture de la peau et le microbiote intestinal au moyen d' un antibiotique à large spectre ^13.

Cinq différents effets ont été examinés dans le poisson après l'exposition aux antibiotiques. L'avantage de l'hôte le mieux établi du microbiome est l'exclusion compétitive des agents pathogènes. Le poisson pathogène Edwardsiella ictaluri est connu pour provoquer des flambées de entérosepticémie dans les élevages de poissons – chats commerciaux ^14. E. ictaluri a également été démontré pour infecter lethally poisson zèbreclass = "xref"> ^{15, 16} et ¹⁷ Gambusia. Un défi avec cet agent pathogène à partir de la colonne d'eau peut servir comme une mesure d'exclusion. A titre de comparaison à la sensibilité à un agent pathogène particulier, la survie au cours de l'exposition à une forte densité d'organismes mixtes a également été réalisée. Fèces et les sols riches en matière organique ont été utilisés comme sources couramment rencontrés des communautés microbiennes.

Un autre rôle établi la communauté intestinale bactérienne effectue est le traitement des nutriments et de l'énergie récolte, affectant ainsi l'absorption nutritionnelle globale pour l'hôte. Comme une mesure brute de la nutrition, le poids corporel du poisson a été comparée avant et après un mois d'être nourris avec un régime standard. poissons traités aux antibiotiques en moyenne ont perdu du poids alors que les poissons de contrôle, en moyenne, ont pris du poids au cours du mois. Le mécanisme de ce manque de gain de poids est difficile. Un possible facteur est le temps de transit des aliments dans l'intestin. A moti GIméthode lité a été adapté de zebrafish (Adam Rich, SUNY Brockport, communication personnelle) pour déterminer le temps de transit. Il n'a pas encore été déterminé si les poissons traités aux antibiotiques ont un temps de transit modifié.

Un défi commun connu dans le milieu naturel par tous les organismes, en particulier le poisson, est un stress osmotique. Gambusia ont été montré pour adapter rapidement lorsque aiguë a souligné à de fortes concentrations de salinité ^18. Étonnamment, le poisson avec un microbiome antibiotique modifié exposé réduit la survie à une contrainte élevée en sel. Le mécanisme de ce nouveau phénotype est sous enquête. Une autre contrainte commune sur les animaux aquatiques, en particulier dans les aquariums, est des formes toxiques d'azote (ammoniac, nitrate et nitrite). Survival contre nitrate n'a pas été significativement différente entre les poissons traités aux antibiotiques et le contrôle. Les méthodes présentées dans ce manuscrit peuvent être utilisés avec Gambusia ou modèle de poisson similaire organismes, tels que le zèbrepoissons et medaka, pour mesurer phénotypes dans les poissons suivants manipulation expérimentale.

Protocol

Toutes les expériences sur les animaux ont été menées sous l'approbation des protocoles IACUC, numérotés 14-05-05-1018-3-01, 13-04-29-1018-3-01 et 14-04-17-1018-3-01. 1. Collection animale, manutention et d'entretien éthique Recueillir Gambusia affinis à partir du site de champ (guide d'identification à http://www.sms.si.edu/irlspec/Gambusia_affinis.htm) en utilisant une petite épuisette et lieu en 19 L seaux. Utilisez inspection visuelle pour identifier les espèces. </…

Representative Results

Un schéma global du système expérimental utilisé pour étudier les effets de l' hôte du poisson d' une exposition à l' antibiotique 13 est représentée sur la figure 1A et comprend la technique d'extraction de la peau (figure 1B) et de l' intestin (figure 1C) microbiomes du poisson. Trois jours a été choisi comme la période d'exposition aux antibiotiques, car les données précéd…

Discussion

Certains défis exigent une période de repos dans APW propre après le traitement antibiotique pour que le médicament soit épuisé dans les tissus de poissons. Si la période de repos est ignorée alors la présence d'antibiotiques peut confondre les résultats, en particulier lorsque le dosage implique une exposition à des bactéries. Afin d'examiner les effets à partir d'une composition de microbiome modifiée sans grands changements dans le nombre total de microbes sur l'hôte, des expériences p…

Materials

Rifampicin	Calbiochem	557303-1GM
Sodium Nitrate	Sigma Aldrich	S5506
Fluorescein-labeled 70 kDa anionic dextran	ThermoFisher Scientific	D1823
PBS tablets	Calbiochem	6500-OP	tablets dissolve in water to make phosphate-buffered saline