El examen de los fenotipos de acogida en<em> Gambusia affinis</em> Tratamiento antibiótico Siguiendo

Summary

Este estudio implica métodos para revelar efectos en un modelo de acogida pescado siguientes alteración de la piel y el intestino comunidades microbioma composición por un antibiótico.

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

Se ha establecido que los antibióticos pueden alterar el microbioma humano que lleva a la disbiosis, lo que significa un desequilibrio comunidad microbiana. Alteración de la composición de la microbiota después de tratamientos con antibióticos se ha demostrado que disminuye la diversidad de la comunidad, reducir los miembros clave, y alterar el metabolismo de la comunidad, especialmente en el intestino ^{1, 2.} Perturbación antibiótico de la microbioma intestinal puede reducir la resistencia a la colonización de Clostridium difficile ^{3, 4} y ⁵ de Salmonella.

Además, la interrupción de la microbiota se ha relacionado con el desarrollo de muchos síndromes y enfermedades en los seres humanos (por ejemplo, asociada a antibióticos enterocolitis, enfermedad inflamatoria del intestino, trastornos metabólicos, etc.). Los antibióticos también se aplican ampliamente en la agricultura como promotores del crecimiento enganado y aves de producción ^6. El uso de estas herramientas de gran alcance no está exenta de efectos colaterales, lo cual es evidente en el rápido aumento de la resistencia a los antibióticos, así como los efectos de un microbioma perturbado tiene con su huésped habitado. Muchos estudios han demostrado que el amplio espectro uso de antibióticos tiene consecuencias de largo duraderas a la estructura y función de la microbiota, sin embargo, los efectos secundarios de un microbioma afectar la fisiología de acogida a los antibióticos alterado son sólo especulaciones que aún tienen que ser apoyados.

La interacción entre el huésped, la microbiota y antibióticos está lejos de ser entendido de una manera concisa. Por lo tanto, un modelo sencillo y más manejable es ventajoso para arrojar luz sobre el sistema de mamíferos de gran complejidad. las superficies mucosas de los seres humanos, incluyendo el intestino, albergan la mayor densidad y diversidad de microbios, y también los más íntimos interacciones microbio-huésped. El microbioma de la piel de la mucosa de las ofertas de pescado several ventajas como un sistema modelo. El teleósteos (peces óseos) es uno de los más antiguos linajes a divergir, en el sentido de que los teleósteos vertebrados tienen tanto innata y adquirida sistemas inmunológicos que han co-evolucionado una relación con las comunidades bacterianas comensales ^7. Acciones piel de pescado muchas características con las superficies de tipo 1 de la mucosa de mamíferos, tales como las funciones fisiológicas, componentes de inmunidad, y la disposición de las células productoras de moco ^8. La ubicación externa de la superficie de la mucosa de la piel de pescado ofrece un microbioma fácil de manipular experimentalmente y se muestra.

El mosquito, Gambusia affinis (G. affinis), es un pez de modelo que se ha utilizado en el pasado para el estudio de acoplamiento y toxicología ^{9, 10, 11.} Dado el pequeño tamaño, abundancia de la población en la naturaleza como una especie invasora, m los costos de atención inimal, y la naturaleza robusta, hemos desarrollado G. affinis como modelo microbioma de la mucosa. Además, Gambusia comparten la fisiología de dar a luz a crías vivas con los mamíferos vivíparos, que es poco común en las especies de peces. Hemos completado el estudio más amplio en el momento de piel de pescado microbiota normal usando 16S perfiladora de Gambusia ^12. Posteriores demostraron tres efectos negativos sobre el anfitrión siguientes alteración de la piel y el intestino microbiota usando un antibiótico de amplio espectro ^13.

Cinco efectos diferentes se examinaron en los peces después de la exposición a los antibióticos. El beneficio anfitrión más bien establecida del microbioma es la exclusión competitiva de patógenos. El patógeno de peces Edwardsiella ictaluri es conocido por causar brotes de septicemia entérica en granjas comerciales de bagre ^14. E. ictaluri también se ha demostrado para infectar letalmente pez cebraclass = "xref"> ^{15, 16} y ¹⁷ Gambusia. Un desafío con este patógeno de la columna de agua puede servir como una medida de la exclusión. Como comparación a la susceptibilidad a un patógeno individual, la supervivencia durante la exposición a una alta densidad de organismos mixtos también se llevó a cabo. Las heces y el suelo rico en materia orgánica se utilizaron como fuentes encontradas comúnmente de las comunidades microbianas.

Otra función establecida la comunidad bacteriana intestinal es realiza el procesamiento de nutrientes y la energía de la cosecha, lo que afecta a la absorción nutricional general para el anfitrión. Como una medición bruta de la nutrición, el peso corporal de pescado se comparó antes y después de un mes de ser alimentados con una dieta estándar. pescado tratado con antibióticos como un promedio perdieron peso mientras que los peces de control en promedio aumentó de peso durante el mes. El mecanismo de esta falta de aumento de peso no está claro. Un posible factor que contribuye es el tiempo de tránsito de los alimentos en el intestino. Un moti GIdad método fue adaptado de pez cebra (Adam Rich, SUNY Brockport, comunicación personal) para determinar el tiempo de tránsito. Aún no se ha determinado si los peces tratados con antibióticos tienen un tiempo de tránsito alterada.

Un desafío común experimentado en el medio natural por todos los organismos, especialmente el pescado, es el estrés osmótico. Gambusia se ha demostrado que adaptarse rápidamente cuando está estresado de forma aguda en altas concentraciones de salinidad ^18. Sorprendentemente, los peces con un microbioma antibióticos alterado exhibido redujo la supervivencia a una tensión elevada de sal. El mecanismo para este nuevo fenotipo está bajo investigación. Otra estrés común en animales acuáticos, especialmente en acuarios, es formas tóxicas de nitrógeno (amoníaco, nitrato, nitrito y). Survival contra nitrato no fue significativamente diferente entre los peces tratados con antibióticos y control. Los métodos presentados en este manuscrito se pueden utilizar con Gambusia o modelo de pescado similares organismos, tales como cebrapescado y medaka, para medir fenotipos en los peces después de la manipulación experimental.

Protocol

Todos los experimentos con animales se llevaron a cabo bajo la aprobación de protocolos IACUC, contados 14-05-05-1018-3-01, 13-04-29-1018-3-01, y 14-04-17-1018-3-01. 1. Recogida de Animales, manejo y cuidado ético Recoger Gambusiaaffinis desde el sitio de campo (guía de identificación en http://www.sms.si.edu/irlspec/Gambusia_affinis.htm) utilizando una pequeña red de inmersión y el lugar en 19 cubos L. Utilice la inspección visual para identificar las especies. peces descans…

Representative Results

Un diagrama esquemático general del sistema experimental usado para estudiar los efectos de acogida de pescado de la exposición a antibióticos 13 está representado en la figura 1A, e incluye la técnica para la extracción de la piel (Figura 1B) y el intestino (Figura 1C) microbiomas de los peces. Tres días fue seleccionado como el período de antibióticos de la exposición anterior, porque los datos revela …

Discussion

Algunos retos requieren un período de descanso en APW limpia después del tratamiento con antibióticos para que el fármaco se haya agotado en tejidos de peces. Si se omite el periodo de descanso después presencia de antibióticos puede confundir los resultados, especialmente cuando el ensayo implica la exposición a las bacterias. Con el fin de examinar los efectos de una composición microbioma alterada sin grandes cambios en el número total de microbios en el host, los experimentos preliminares composición micro…

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