Intrakranielt Subarachnoidal ruten infeksjon for undersøker rollene Streptococcus suis biofilm i hjernehinnebetennelse i en mus infeksjon modell
Summary
Her beskriver vi intrakranielt subarachnoidal ruten infeksjon i mus å studere roller av biofilm i Streptococcus suis hjernehinnebetennelse. Denne infeksjon modellen passer også for å studere patogenesen av andre bakteriell meningitt og effekten av nye legemidler mot bakteriell hjernehinnebetennelse.
Abstract
Streptococcus suis er ikke bare en stor bakteriell patogen griser over hele verden, men også en voksende zoonotiske agent. Mennesker og griser er meningitt en større manifestasjon av S. suis infeksjoner. En egnet infeksjon modell er et viktig verktøy for å forstå mekanismene av sykdommer forårsaket av patogener. Flere ruter infeksjon i mus er utviklet for å studere patogenesen av S. suis infeksjon. Imidlertid er ruter som intraperitoneal, intranasal og intravenøs infeksjon ikke egnet for å studere roller av S. suis overflaten komponenter i hjernehinnebetennelse direkte i hjernen, som ekstracellulær matrix fra biofilm. Selv om intracisternal vaksinasjon er brukt for S. suis infeksjon, har presis injeksjonsstedet ikke blitt beskrevet. Her ble intrakranielt subarachnoidal ruten infeksjon beskrevet i en musemodell å undersøke rollene biofilm i S. suis hjernehinnebetennelse. S. suis planktoniske celler eller biofilm staten celler ble direkte injisert i subarachnoid rommet av musene gjennom injeksjonsstedet ligger 3,5 mm rostral fra bregma. Histopathological analyse og økt mRNA uttrykk for TLR2 og cytokiner av hjernevevet fra mus injisert med biofilm staten celler klart indikerte at S. suis biofilm spiller definitive roller i S. suis hjernehinnebetennelse. Denne ruten av infeksjon har åpenbare fordeler fremfor andre ruter på infeksjon, slik at studiet av vert-bakterie samhandlingen. Videre, det tillater effekten av bakteriell komponenter på verten immunreaksjoner direkte i hjernen til å bli vurdert, og etterligner bakteriell inngangen i sentralnervesystemet. Denne ruten av infeksjon kan utvides for å undersøke mekanismer av hjernehinnebetennelse skyldes andre bakterier. Dessuten, kan det også brukes til å teste effekten av legemidler mot bakteriell hjernehinnebetennelse.
Introduction
Streptococcus suis (S. suis) er en stor bakteriell patogen griser verdensomspennende, forårsaker alvorlige sykdommer, inkludert hjernehinnebetennelse, lungebetennelse, sepsis, endokarditt og leddgikt1. Det er også en nye zoonotiske agent. Så langt, har det blitt rapportert at ni serotyper kan forårsake infeksjon hos mennesker, inkludert serotyper 2, 4, 5, 9, 14, 16, 21, 24 og 312,3,4. Hos mennesker og griser er meningitt en av de store klinisk underskriver av S. suis infeksjoner. I Vietnam og Thailand er S. suis den viktigste årsaken til hjernehinnebetennelse i voksne5. Mikrobiell biofilm er mikroorganismer som følge hverandre og er konsentrert på et grensesnitt; de er avgjørende for bakteriell virulens, overlevelse i ulike miljøer og antibiotikaresistens5. Biofilm er vanligvis omgitt av en ekstracellulær matrix som vanligvis inneholder polysakkarider, proteiner og DNA6. Sistnevnte er kjøpedyktig framprovosere vert inflammatorisk svar og cytokin produksjon7. Biofilm formasjon er rapportert å være involvert i streptokokk hjernehinnebetennelse i tidligere studier. Biofilm bidrar til Streptococcus agalactiae hjernehinnebetennelse i en tilapia fisk modell og biofilm dannelsen har blitt avslørt i hjernen vev og rundt meningeal overflater i vivo til intra-abdominal inoculation8. Under hjernehinnebetennelse, Streptococcus pneumoniae er en biofilm-lignende tilstand og bakterier i slik en biofilm var mer effektive inducing hjernehinnebetennelse i en mus infeksjon modell9. I tillegg i våre tidligere studere biofilm staten tilknyttet S. suis i musen hjernen bidrar til bakteriell virulens med overlevelse analyse10. Men krever direkte bevis for biofilm engasjement i S. suis hjernehinnebetennelse videre etterforskning.
Dyr modeller av S. suis smitte har blitt utviklet i mus intraperitoneal (IP)11, intranasal (i.n.)12, intravenøs (IV)13og intracisternal (IC) rutene infeksjon14, 15 , 16. men IP, i.n. og IV rutene infeksjon er ikke egnet for å studere roller av S. suis overflaten komponenter i hjernehinnebetennelse direkte i hjernen. Disse inkluderer ekstracellulær matrix fra biofilm. Selv IC inoculation ble brukt for S. suis infeksjon, har presis injeksjonsstedet ikke blitt beskrevet i disse papirene. Derimot stereotaxic koordinatene til injeksjonsstedet for intrakranielt subarachnoidal vaksinasjon har klart blitt beskrevet i en tidligere studie17. Dette tillot lett anerkjennelse av vaksinering punktet og mer enkle eksperimentelle protokollen. I tillegg etterligner intrakranielt subarachnoidal ruten infeksjon bakteriell inngangen i sentralnervesystemet fra bihulene eller mellomøret17, og forholdet mellom mellomøret og hjernehinnebetennelse forårsaket av S. suis har blitt demonstrert av Madsen et al18. Videre bruker intrakranielt subarachnoidal ruten infeksjon i mus, har vi vist at S. suis liten RNA rss04 bidrar til hjernehinnebetennelse i våre tidligere studie10.
I denne studien, intrakranielt subarachnoidal ruten infeksjon ble brukt i mus for å undersøke rollene biofilm i S. suis hjernehinnebetennelse. Mus var infisert med planktoniske celler eller biofilm staten celler av S. suis av denne ruten av infeksjon. Histopathological analyse og økt mRNA uttrykk for TLR2 og cytokiner fra hjernevev mus injisert med biofilm staten celler klart indikerte at S. suis biofilm bidrar til hjernehinnebetennelse.
Protocol
Representative Results
Discussion
Intrakranielt subarachnoidal ruten infeksjon beskrevet her har åpenbare fordeler fremfor andre ruter av infeksjon. Den lar etterforskere vert-bakterie samspillet og effekten av bakteriell komponenter på verten immunreaksjoner direkte i hjernen, som etterligner bakteriell inngangen i sentralnervesystemet. Denne ruten av infeksjon kan dermed utvides for å undersøke mekanismer av hjernehinnebetennelse skyldes andre bakterier. Dessuten, kan det også brukes til å teste effekten av legemidler mot bakteriell hjernehinnebe…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble støttet av tilskudd fra nasjonale nøkkelen forskning og utvikling Program i Kina [2017YFD0500102]; National Natural Science grunnlaget for Kina [31572544]; Stat nøkkelen laboratoriet av veterinær paranoid biologi [SKLVEB2016KFKT005]; Shanghai landbruk brukt teknologi utvikling programmet, Kina [G2016060201].
Materials
| Todd Hewitt Broth(THB) | Becton, Dickinson and Company | DF0492078 | Dissolve 30 g of the powder in 1 L of purified water. Autoclave at 121° for 15 min. |
| Agar | DSBIO | 16C0050 | Dissolve 15 g of the powder in 1 L of THB. Autoclave at 121° for 15 min. |
| Milli-Q Reference Water Purification System | Merck KGaA | Z00QSVCUS | Without Dnase/ Rnase |
| NaCl | Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd | 10019318 | Dissolve 8 g NaCl, 0.2 g KCl, 1.42 g Na2HPO3 , 0.27 g KH2PO4 in 1 L of purified water. Autoclave at 121° for 15 min. Use KOH to adjust pH to 7.4. |
| Na2HPO3 | Xilong Scientific Co., Ltd | 9009012-01-09 | Dissolve 8 g NaCl, 0.2 g KCl, 1.42 g Na2HPO3 , 0.27 g KH2PO4 in 1 L of purified water. Autoclave at 121° for 15 min. Use KOH to adjust pH to 7.4. |
| KCl | Xilong Scientific Co., Ltd | 9009017-01-09 | Dissolve 8 g NaCl, 0.2 g KCl, 1.42 g Na2HPO3 , 0.27 g KH2PO4 in 1 L of purified water. Autoclave at 121° for 15 min. Use KOH to adjust pH to 7.4. |
| KH2PO4 | Xilong Scientific Co., Ltd | 9009019-01-09 | Dissolve 8 g NaCl, 0.2 g KCl, 1.42 g Na2HPO3 , 0.27 g KH2PO4 in 1 L of purified water. Autoclave at 121° for 15 min. Use KOH to adjust pH to 7.4. |
| KOH | Xilong Scientific Co., Ltd | 9009014-01-09 | Dissolve 8 g NaCl, 0.2 g KCl, 1.42 g Na2HPO3 , 0.27 g KH2PO4 in 1 L of purified water. Autoclave at 121° for 15 min. Use KOH to adjust pH to 7.4. |
| Glycerol | Sionpharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10010618 | Diluted with equal volumu of purified water, autoclave at 121° for 15 min |
| 4% paraformaldehyde | Sionpharm Chemical Reagent Co., Ltd | 80096675 | |
| 25% Glutaraldehyde | Sionpharm Chemical Reagent Co., Ltd | 30092436 | 10-fold diluted with purified water for fixation. |
| Ethanol | Sionpharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10009218 | |
| Chloroform | Sionpharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10006818 | |
| Spctrophotometre | DeNovix Inc. | DS-11+ | |
| Ultrasound cell crusher | NingBo Scientz Biotechnology Co.,Ltd | JY96-IIN | |
| Centrifuge | Hitachi Koki Co., Ltd | CT15RE | |
| Refrigerator | Aucma Co., Ltd | DW-86L500 | |
| Scanning electron microscope | Zeiss | EVO-LS10 | |
| FastRNA Pro Green Kit | MP Biomedicals | #6045-050 | |
| FastPrep-24 Instrument | MP Biomedicals | 116005500 | |
| Instrument for PCR | SensoQuest GmbH | 1124310110 | |
| QuantStudio 6 Flex | Thermo Fisher Scientific | 4485689 | |
| SYBR Premix Ex Taq II | Takara Biomedical Technology (Beijing) Co., Ltd | RR820A | |
| PrimeScript RT reagent kit with gDNA Eraser | Takara Biomedical Technology (Beijing) Co., Ltd | RR047A | |
| Fully Enclosed Tissue Processor | Leica Biosystems Nussloch GmbH | ASP200S | |
| Heated Paraffin Embedding Module | Leica Biosystems Nussloch GmbH | EG1150H | |
| Semi-Automated Rotary Microtome | Leica Biosystems Nussloch GmbH | RM2245 | |
| Water bath for paraffin sections | Leica Biosystems Nussloch GmbH | HI1210 | |
| Autostainer XL | Leica Biosystems Nussloch GmbH | ST5010 | |
| Agilent 2100 | Agilent Technologies | G2939A | |
| Optical microscope | Olympus | BX51 |
References
- Gottschalk, M., Xu, J., Calzas, C., Segura, M. Streptococcus suis: a new emerging or an old neglected zoonotic pathogen?. Future Microbiology. 5, 371-391 (2010).
- Goyette-Desjardins, G., Auger, J. P., Xu, J., Segura, M., Gottschalk, M. Streptococcus suis, an important pig pathogen and emerging zoonotic agent-an update on the worldwide distribution based on serotyping and sequence typing. Emerging Microbes & Infections. 3 (6), e45 (2014).
- Kerdsin, A., et al. Emergence of Streptococcus suis serotype 9 infection in humans. Journal of Microbiology, Immunology and Infection. 50 (4), 545-546 (2017).
- Hatrongjit, R., et al. First human case report of sepsis due to infection with Streptococcus suis serotype 31 in Thailand. BMC Infect Diseases. 15, 392 (2015).
- Fittipaldi, N., Segura, M., Grenier, D., Gottschalk, M. Virulence factors involved in the pathogenesis of the infection caused by the swine pathogen and zoonotic agent Streptococcus suis. Future Microbiology. 7 (2), 259-279 (2012).
- Hall-Stoodley, L., Costerton, J. W., Stoodley, P. Bacterial biofilms: from the natural environment to infectious diseases. Nature Reviews Microbiology. 2 (2), 95-108 (2004).
- Fuxman Bass, J. I., et al. Extracellular DNA: a major proinflammatory component of Pseudomonas aeruginosa biofilms. Journal of Immunology. 184 (11), 6386-6395 (2010).
- Isiaku, A. I., et al. Biofilm is associated with chronic streptococcal meningoencephalitis in fish. Microbial Pathogenesis. 102, 59-68 (2017).
- Oggioni, M. R., et al. Switch from planktonic to sessile life: a major event in pneumococcal pathogenesis. Molecular Microbiology. 61 (5), 1196-1210 (2006).
- Xiao, G., et al. Streptococcus suis small RNA rss04 contributes to the induction of meningitis by regulating capsule synthesis and by inducing biofilm formation in a mouse infection model. Veterinary Microbiology. 199, 111-119 (2017).
- Dominguez-Punaro, M. C., et al. Streptococcus suis serotype 2, an important swine and human pathogen, induces strong systemic and cerebral inflammatory responses in a mouse model of infection. Journal of Immunology. 179 (3), 1842-1854 (2007).
- Seitz, M., et al. A novel intranasal mouse model for mucosal colonization by Streptococcus suis serotype 2. Journal of Medical Microbiology. 61 (Pt 9), 1311-1318 (2012).
- Busque, P., Higgins, R., Caya, F., Quessy, S. Immunization of pigs against Streptococcus suis serotype 2 infection using a live avirulent strain. Canadian Journal of Veterinary Research. 61 (4), 275-279 (1997).
- Williams, A. E., Blakemore, W. F. Pathology of Streptococcal meningitis following intravenous intracisternal and natural routes of infection. Neuropathology and Applied Neurobiology. 4 (4), 345-356 (1990).
- Dominguez-Punaro, M. C., et al. Severe cochlear inflammation and vestibular syndrome in an experimental model of Streptococcus suis infection in mice. European Journal of Clinical Microbiology & Infectious Diseases. 31 (9), 2391-2400 (2012).
- Auger, J. P., Fittipaldi, N., Benoit-Biancamano, M. O., Segura, M., Gottschalk, M. Virulence Studies of Different Sequence Types and Geographical Origins of Streptococcus suis Serotype 2 in a Mouse Model of Infection. Pathogens. 5 (3), (2016).
- Chiavolini, D., et al. Method for inducing experimental pneumococcal meningitis in outbred mice. BMC Microbiology. 4, 36 (2004).
- Madsen, L. W., Svensmark, B., Elvestad, K., Jensen, H. E. Otitis interna is a frequent sequela to Streptococcus suis meningitis in pigs. Veterinary Pathology. 38 (2), 190-195 (2001).
- Holden, M. T., et al. Rapid evolution of virulence and drug resistance in the emerging zoonotic pathogen Streptococcus suis. PLoS One. 4 (7), e6072 (2009).
- Dominguez-Punaro Mde, L., et al. In vitro characterization of the microglial inflammatory response to Streptococcus suis, an important emerging zoonotic agent of meningitis. Infection and Immunity. 78 (12), 5074-5085 (2010).
- Hassan, A., et al. Evaluation of different detection methods of biofilm formation in the clinical isolates. Brazilian Journal of Infectious Diseases. 15 (4), 305-311 (2011).
- Vanier, G., et al. New putative virulence factors of Streptococcus suis involved in invasion of porcine brain microvascular endothelial cells. Microbial Pathogenesis. 46 (1), 13-20 (2009).
- Takeuchi, D., et al. The contribution of suilysin to the pathogenesis of Streptococcus suis meningitis. Journal of Infectious Diseases. 209 (10), 1509-1519 (2014).
- Tenenbaum, T., et al. Polar bacterial invasion and translocation of Streptococcus suis across the blood-cerebrospinal fluid barrier in vitro. Cellular Microbiology. 11 (2), 323-336 (2009).
