Исследование хост фенотипы в<em> Gambusia аШшз</em> После Лечение антибиотиками
Summary
Это исследование включает в себя методы, чтобы выявить эффекты на модели рыбы хозяина следующие изменения кожи и кишечника микробиомом сообщества композиции антибиотиком.
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
Было установлено, что антибиотики могут нарушить человеческую микробиомом, ведущую к дисбактериоза, а это означает микробного сообщества дисбаланс. Композиционное изменение микробиоты после лечения антибиотиками было показано для снижения разнообразия сообщества, уменьшить ключевых членов, и изменить метаболизм сообщества, особенно в кишечнике 1, 2. Антибиотик нарушение кишечника микробиомом может уменьшить сопротивление колонизационную к Clostridium несговорчивый 3, 4 и 5 сальмонелл.
Кроме того, нарушение микробиоты был связан с развитием многих синдромов и заболеваний у человека (например, связанные антибиотик энтероколиты, воспалительные заболевания кишечника, нарушения обмена веществ и др.). Антибиотики также широко применяется в сельском хозяйстве в качестве стимуляторов роста вскота и птицы производство 6. Использование этих мощных инструментов не без побочных эффектов, что проявляется в быстром росте устойчивости к антибиотикам, а также последствий нарушенного микробиомом имеет с ее обитаемых хозяином. Многие исследования показали, что использование антибиотик широкого спектра действия имеет долгосрочные последствия для структуры и функции микробиоты, однако побочные эффекты от антибиотика разрушенным микробиомом воздействуя хозяина физиологии являются лишь спекуляциями, которые еще не поддерживаются.
Взаимодействие между принимающими, микробиоты и антибиотики далеко от понимания в сжатой форме. Таким образом, простой и более сговорчивым модель выгодно пролить свет на чрезвычайно сложной системы млекопитающих. Слизистые поверхности в организме человека, в том числе в кишечнике, питают самую высокую плотность и разнообразие микробов, а также самые близкие взаимодействий микроб-хост. Через слизистую оболочку кожи микробиомом из рыбы предложения сeveral преимущества в качестве модельной системы. Костистых рыб (костистых рыб) является одним из самых ранних линий расходиться по смыслу , что позвоночных костистых рыб имеют как врожденные и приобретенные иммунные системы, которые совместно развивались отношения с синантропных бактериальных сообществ 7. Акций рыбьей кожи много особенностей с типом 1 слизистыми оболочками млекопитающих, таких как физиологические функции, компоненты иммунитета, а расположение слизью клеток , продуцирующих 8. Внешнее расположение поверхности рыбы через слизистую оболочку кожи предлагает микробиомом легко манипулировать и экспериментально образца.
Западный гамбузия, Gambusia аШшз (Г. аШшз), представляет собой модель рыбы , которая была использована в прошлом для изучения спаривание и токсикологии 9, 10, 11. Учитывая небольшой размер, численность населения в дикой природе, как инвазивные виды, м inimal затрат по уходу, и выносливые характер, мы разработали Г. аШшз как через слизистую оболочку модели микробиомом. Кроме того, Gambusia разделяют физиологию рождая живых детенышей с живородящих млекопитающих, что является редкостью в видов рыб. Мы завершили наиболее обширное исследование во время рыбьей кожи нормальной микробиоты с использованием 16S профилирование с Gambusia 12. Дальнейшая работа продемонстрировала три отрицательных эффектов на хосте следующие нарушения кожи и микрофлоры кишечника , используя антибиотик широкого спектра действия 13.
Пять различных эффектов были исследованы в рыбе после воздействия антибиотика. Наиболее хорошо известна принимающей преимущество микробиомом является конкурентное исключение патогенных микроорганизмов. Рыба патоген Edwardsiella ictaluri известно, причиной вспышки кишечно септицемии в коммерческих фермах сома 14. E. ictaluri также было показано летально заражают даниокласс = "Xref"> 15, 16 и Gambusia 17. Проблема, с этим патогеном из толщи воды может служить мерой исключения. В качестве сравнения с восприимчивостью к отдельному патогена, выживание при воздействии высокой плотности смешанных организмов также было проведено. Фекалии и богатой органическими веществами почвы использовались как часто встречающихся источников микробных сообществ.
Еще одна роль создана бактериальная кишечника сообщество выполняет это питательных веществ и энергии обработки урожая, тем самым влияя на общую питательную поглощения для хозяина. Как грубое измерение питания, вес тела рыбы сравнивали до и после одного месяца кормили стандартной диете. Антибиотик обработанной рыбы, как в среднем потеряли вес в то время как контроль рыбы в среднем прибавили в весе в течение месяца. Механизм этого недостатка увеличения веса остается неясным. Одним из возможных факторов является время прохождения пищи в кишечнике. ГИ МотиМетод мируемости был адаптирован из данио (Адам Рич, SUNY Брокпорт, личное сообщение) для определения времени транзита. Она до сих пор не определена, если антибиотик обработанной рыбы имеют измененную время транзита.
Общей проблемой опыт в природной среде всех организмов, в особенности рыб, является осмотический стресс. Gambusia было показано , что быстро адаптироваться , когда остро подчеркнуто в высоких концентрациях солености 18. Удивительно, но рыба с микробиомом антибиотик изменен выставленного опускают выживаемость до высокой солевого стресса. Механизм этого нового фенотипа находится под следствием. Другой общий акцент на водных животных, особенно в аквариумах, является токсичной формы азота (аммиака, нитратов и нитритов). Выживание против нитратов существенно не отличалась между антибиотиками и обработанных контрольных рыб. Методы , представленные в этой рукописи могут быть использованы с Gambusia или аналогичной модели , рыб организмов, таких как зебрырыба и оризия, для измерения фенотипы в рыбе следующих экспериментальных манипуляций.
Protocol
Representative Results
Discussion
Некоторые проблемы требуют периода отдыха в чистом ЕПР после лечения антибиотиками препарат расходоваться в тканях рыб. Если период отдыха пропускается затем присутствие антибиотика может запутать результаты, особенно когда анализ включает воздействие бактерий. Для того чтобы иссл?…
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).
