دراسة الظواهر المضيف في<em> affinis الجمبوزيا</em> وبعد المضادات الحيوية العلاج
Summary
وتتضمن هذه الدراسة أساليب للكشف عن الآثار المترتبة على مجموعة الأسماك نموذج التالية تغيير الجلد والأمعاء المجتمعات microbiome التكوين عن طريق المضادات الحيوية.
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
وقد ثبت أن المضادات الحيوية يمكن أن يحدث خللا في microbiome الإنسان مما يؤدي إلى dysbiosis، وهذا يعني اختلال المجتمع الميكروبي. وقد تبين تغيير التركيبية والجراثيم بعد العلاج بالمضادات الحيوية لخفض التنوع في المجتمع، والحد من الأعضاء الرئيسيين، وتغيير التمثيل الغذائي للمجتمع، وخاصة في القناة الهضمية 1 و 2. اضطراب المضادات الحيوية من microbiome الأمعاء يمكن أن تقلل من مقاومة الاستعمار إلى المطثية العسيرة 3 و 4 و 5 السالمونيلا.
بالإضافة إلى ذلك، وقد تم ربط اختلال الجراثيم إلى تطوير العديد من المتلازمات والأمراض في البشر (على سبيل المثال، المرتبط المضادات الحيوية التهاب الأمعاء، وأمراض التهاب الأمعاء، واضطرابات التمثيل الغذائي، الخ.). كما نفذت على نطاق واسع المضادات الحيوية في الزراعة لتسريع عملية النمو فيالماشية والدواجن إنتاج 6. استخدام هذه الأدوات القوية لا يخلو من الآثار الجانبية، وهو ما يتضح في الارتفاع السريع للمقاومة المضادات الحيوية، فضلا عن الآثار المترتبة على microbiome تعطلت لديها مع مضيفه آهل بالسكان. وقد أظهرت العديد من الدراسات أن واسعة الطيف استخدام المضادات الحيوية له عواقب طويلة الأمد على بنية ووظيفة الجراثيم، إلا أن الآثار الجانبية من microbiome تؤثر فسيولوجيا المضيف تعطل المضادات الحيوية هي الوحيدة التكهنات التي لم تكون معتمدة.
التفاعل بين المضيف، الجراثيم، والمضادات الحيوية لا يزال بعيدا عن أن يكون مفهوما بطريقة موجزة. لذلك، وهذا نموذج بسيط وأكثر لين العريكة هو مفيد لتسليط الضوء على نظام الثدييات معقدة للغاية. الأسطح المخاطية في البشر، بما في ذلك الأمعاء، تؤوي أعلى كثافة وتنوع الميكروبات، وأيضا الأكثر حميمية التفاعلات الميكروب المضيف. وmicrobiome المخاطية الجلد من العروض الأسماك الصورةمزايا everal كنظام نموذج. وعظميات (الأسماك العظمية) هي واحدة من أقدم سلالات تتباعد بالمعنى المقصود الفقاريات التي teleosts على حد سواء الفطرية والمكتسبة جهاز المناعة التي شاركت في تطور العلاقة مع المجتمعات البكتيرية المتعايشة 7. سهم جلد السمك العديد من الخصائص مع الأسطح نوع 1 المخاطية من الثدييات، مثل وظائف فسيولوجية، مكونات الحصانة، وترتيب الخلايا المنتجة للمخاط 8. الموقع الخارجي للسطح الأسماك الجلد المخاطي يقدم microbiome السهل التلاعب تجريبيا وعينة.
وسمكة البعوض الغربي، affinis الجمبوزيا (G. affinis)، سمكة نموذج التي استخدمت في الماضي لدراسة التزاوج وعلم السموم 9 و 10 و 11. ونظرا لصغر حجمها، وفرة السكان في البرية باعتبارها الأنواع الغازية، م تكلفة الرعاية inimal، وطبيعة هاردي، قمنا بتطوير G. affinis كنموذج microbiome المخاطية. وعلاوة على ذلك، الجمبوزيا مشاركة فسيولوجيا الولادة للعيش الشباب مع الثدييات ولود، والذي هو شائع في أنواع الأسماك. أكملنا الدراسة الأكثر شمولا في وقت جلد السمك الجراثيم العادية باستخدام 16S التنميط مع الجمبوزيا 12. أظهر المزيد من العمل ثلاثة آثار سلبية على المضيف بعد تعطل الجلد والأمعاء الجراثيم باستخدام واسع الطيف المضادات الحيوية 13.
تم فحص خمسة تأثيرات مختلفة في الأسماك بعد التعرض للمضادات الحيوية. صالح المضيف الأكثر راسخة من microbiome هو استبعاد منافسه من مسببات الأمراض. ومن المعروف أن العوامل المسببة للأمراض الأسماك الإدواردسيلة ictaluri أن يسبب تفشي التسمم الدموي المعوي في مزارع سمك السلور التجارية 14. وقد تبين أيضا E. ictaluri لإصابة قاتلة الزردالطبقة = "XREF"> 15 و 16 و 17 الجمبوزيا. والتحدي مع هذا الممرض من عمود الماء يمكن أن تكون بمثابة مقياس لالإقصاء. وعلى سبيل المقارنة إلى التعرض لمسببات الأمراض الفردية، أجريت البقاء على قيد الحياة خلال التعرض لكثافة عالية من الكائنات مختلطة أيضا. واستخدمت البراز والتربة العضوية الغنية كمصادر شيوعا التي تواجهها من المجتمعات الميكروبية.
دور أنشأ آخر يقوم المجتمع الأمعاء الجرثومي هو معالجة المواد الغذائية والطاقة الحصاد، مما يؤثر على امتصاص التغذية العام للمضيف. كمقياس الإجمالي للتغذية، وتمت مقارنة وزن الجسم السمك قبل وبعد شهر واحد من تغذيتها على نظام غذائي موحد. الأسماك المضادات الحيوية تعامل على أنها فقدت في المتوسط الوزن بينما الأسماك السيطرة في المتوسط اكتسبت الوزن خلال الشهر. آلية لهذا النقص في زيادة الوزن غير واضحة. أحد العوامل المساهمة المحتملة هو وقت العبور من المواد الغذائية في الأمعاء. وموتى GIوقد تم تكييف طريقة عنه lity من الزرد (آدم ريتش، جامعة ولاية نيويورك بروكبورت، اتصال شخصي) لتحديد وقت العبور. لم يتم حتى الآن تحديد ما إذا كانت الأسماك المعالجة مضاد حيوي وقت عبور تغير.
وهناك تحد مشترك من ذوي الخبرة في البيئة الطبيعية من قبل جميع الكائنات الحية، وخاصة الأسماك، هو الضغط الاسموزي. وقد ثبت الجمبوزيا على التكيف بسرعة عندما أكد حاد في تركيزات عالية من الملوحة 18. والمثير للدهشة، السمك مع microbiome المعدلة والمضادات الحيوية عرضت خفضت البقاء على قيد الحياة لضغوط كبيرة من الملح. آلية لهذا النمط الظاهري رواية قيد التحقيق. الإجهاد مشترك آخر على الحيوانات المائية، وخاصة في الأحواض المائية، وأشكال السامة من النيتروجين (الأمونيا والنترات والنتريت و). كان البقاء على قيد الحياة ضد نترات لا تختلف كثيرا بين الأسماك المعالجة المضادات الحيوية والسيطرة. الأساليب المقدمة في هذه المخطوطة يمكن استخدامها مع الجمبوزيا أو نموذج مماثل الأسماك الحية، مثل حمار وحشيالأسماك والميداكا، لقياس الظواهر في الأسماك بعد التلاعب التجريبية.
Protocol
Representative Results
Discussion
تتطلب بعض التحديات فترة راحة في APW نظيفة بعد العلاج بالمضادات الحيوية للدواء إلى أن تستنفد في أنسجة الأسماك. إذا تم تخطي فترة راحة ثم وجود المضادات الحيوية يمكن أن يربك النتائج، وخصوصا عندما ينطوي على فحص التعرض للبكتيريا. من أجل دراسة الآثار من تكوين microbiome تغير دون ت…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This project was partially funded by a FAST (Faculty and Student Team) Award to TPP and JMC from EURECA (Center for Enhancing Undergraduate Research Experiences and Creative Activities) at Sam Houston State University.
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 |
References
- Panda, S., et al. Short-Term Effect of Antibiotics on Human Gut Microbiota. PloS ONE. 9 (4), 95476 (2014).
- Perez-Cobas, A. E., et al. Gut microbiota disturbance during antibiotic therapy: a multi-omic approach. Gut. 62 (11), 1591-1601 (2013).
- Theriot, C. M., Young, V. B. Microbial and metabolic interactions between the gastrointestinal tract and Clostridium difficile infection. Gut Microbes. 5 (1), 86-95 (2014).
- Buffie, C. G., et al. Precision microbiome reconstitution restores bile acid mediated resistance to Clostridium difficile. Nature. 517, 205-208 (2015).
- Sekirov, I., et al. Antibiotic-Induced Perturbations of the Intestinal Microbiota Alter Host Susceptibility to Enteric Infection. Infect Immun. 76 (10), 4726-4736 (2008).
- Looft, T., Allen, H. K. Collateral effects of antibiotics on mammalian gut microbiomes. Gut Microbes. 3 (5), 463-467 (2012).
- Magnadottir, B. Innate immunity of fish. Fish Shellfish Immunol. 20 (2), 137-151 (2006).
- Gomez, D., Sunyer, J., Salinas, I. The mucosal immune system of fish: the evolution of tolerating commensals while fighting pathogens. Fish Shellfish Immunol. 35 (6), 1729-1739 (2013).
- Nunes, B., et al. Acute Effects of Tetracycline Exposure in the Freshwater Fish Gambusia holbrooki: Antioxidant Effects, Neurotoxicity and Histological Alterations. Arch Environ Contam Toxicol. 68 (2), 331-381 (2014).
- Fryxell, D. C., et al. Sex ratio variation shapes the ecological effects of a globally introduced freshwater fish. Proc Biol Sci. , 22 (2015).
- Nunes, B., Miranda, M. T., Correia, A. T. Absence of effects of different types of detergents on the cholinesterase activity and histological markers of mosquitofish (Gambusia holbrooki) after a sub-lethal chronic exposure. Environ Sci Pollu Res Int. , 1-8 (2016).
- Leonard, A. B., et al. The Skin Microbiome of Gambusia affinis Is Defined and Selective. Adv Microbiol. 4, 335-343 (2014).
- Carlson, J. M., Hyde, E. R., Petrosino, J. F., Manage, A. B. W., Primm, T. P. The host effects of Gambusia affinis with an antibiotic-disrupted microbiome. Comp Biochem Physiol C Toxicol Pharmacol. 178, 163-168 (2015).
- Karsi, A., Gulsoy, N., Corb, E., Dumpala, P. R., Lawrence, M. L. High-throughput bioluminescence-based mutant screening strategy for identification of bacterial virulence genes. Appl Environ Microbiol. 75 (7), 2166-2175 (2009).
- Hawke, J. P., et al. Edwardsiellosis caused by Edwardsiella ictaluri in Laboratory Populations of Zebrafish Danio rerio. J Aquat Anim Health. 25 (3), 171-183 (2013).
- Petrie-Hanson, L., et al. Evaluation of Zebrafish Danio rerio as a Model for Enteric Septicemia of Catfish (ESC). J Aquat Anim Health. 19 (3), 151-158 (2007).
- Fultz, R. S., Primm, T. P. A Laboratory Module for Host-Pathogen Interactions: America’s Next Top Model. J. Microbiol. Biol. Educ. 11, (2010).
- Uliano, E., Cataldi, M., Carella, F., Migliaccio, O., Iaccarino, C. Effects of acute changes in salinity and temperature on routine metabolism and nitrogen excretion in gambusia (Gambusia affinis) and zebrafish (Danio rerio). Comp Biochem Physiol A. 157, 283-290 (2010).
- Shotts, E. B., Waltman, W. D. A medium for the selective isolation of Edwardsiella ictaluri. J Wildl Dis. 26, 214-218 (1990).
- Under animal toxicity studies, sodium chloride entry. TOXNET – Hazardous Substances Data Bank Available from: https://toxnet.nlm.nih.gov/ (2016)
- Under animal toxicity studies, sodium nitrate entry. TOXNET – Hazardous Substances Data Bank Available from: https://toxnet.nlm.nih.gov/ (2016)
- Under animal toxicity studies, sodium nitrite entry. TOXNET – Hazardous Substances Data Bank Available from: https://toxnet.nlm.nih.gov/ (2016)
- Vilz, T. O., et al. Functional Assessment of Intestinal Motility and Gut Wall Inflammation in Rodents: Analyses in a Standardized Model of Intestinal Manipulation. J Vis Exp. (67), e4086 (2012).
- Katoh, H. International Harmonization of Laboratory Animals. National Research Council (US) International Committee of the Institute for Laboratory Animal Research. Microbial Status and Genetic Evaluation of Mice and Rats: Proceedings of the 1999 US/Japan Conference. , (2000).
