Einen schnellen Image-basierte bakteriellen Virulenz-Assay mit Amöben
Summary
Hier präsentieren wir ein Protokoll, um die Virulenz von planktonischen oder Oberfläche befestigt Bakterien mit D. Discoideum (Amöben) als Host zu messen. Virulenz wird gemessen über einen Zeitraum von 1 h und Host töten wird quantifiziert mit Fluoreszenz-Mikroskopie und Bildanalyse. Wir zeigen dieses Protokoll mit dem Bakterium p. Aeruginosa.
Abstract
Traditionelle bakteriellen Virulenz Tests beinhalten über längere Zeit Bakterien im Laufe von mehreren Stunden auf Wirtszellen. Während dieser Zeit können Bakterien in der Physiologie aufgrund der Exposition gegenüber Hostumgebung Wachstum und das Vorhandensein von Wirtszellen verändern. Wir entwickelten einen Test um den Zustand der Virulenz der Bakterien schnell zu messen, die das Ausmaß zu minimieren, um das Bakterien in Gegenwart von Wirtszellen wachsen. Bakterien und Amöben sind miteinander vermischt und auf einen einzigen Abbildungsebene mit einer Agar-Pad immobilisiert. Das Verfahren nutzt einzellige Fluoreszenz-Bildgebung mit Calcein-Acetoxymethyl Ester (Calcein-AM) als Indikator für Host Zellgesundheit. Die Fluoreszenz von Wirtszellen ist nach 1 h von Wirtszellen Bakterien ausgesetzt zu sein mit Epifluoreszenz mikroskopie analysiert. Bildanalyse-Software wird verwendet, um einen Host-Tötung-Index zu berechnen. Diese Methode wurde verwendet, um die Virulenz innerhalb von planktonischen und Oberfläche befestigt Pseudomonas Aeruginosa Messen Sub-Populationen in der Anfangsphase der Biofilmbildung und andere Bakterien und andere Wachstumsstadien Biofilm angepasst werden kann. Dieses Protokoll bietet eine schnelle und robuste Methode zur Messung der Virulenz und vermeidet viele der komplexen Zusammenhang mit Wachstum und Erhalt von Säugetieren Zelllinien. Virulenz Phänotypen mit Amöben hier gemessen wurden auch mit Maus Makrophagen validiert. Insbesondere wurde dieser Assay verwendet, um die Oberfläche Anlage reguliert Virulenz in p. Aeruginosazu etablieren.
Introduction
Bakterielle Infektion gehört zu den führenden Todesursachen in Mensch und Tier1,2. Die Fähigkeit, Virulenz der Bakterien in Kulturen oder Biofilme zu messen ist wichtig in Medizin und Forschung Einstellungen. Hier beschreiben wir eine vielseitige, schnelle und relativ einfache Methode, um bakterielle Virulenz zu quantifizieren. Die Eukaryotische Organismus Dictyostelium Discoideum (Amöben) dient als Modell Wirtsorganismus. D. Discoideum wurde als Host verwendet, um Virulenzfaktoren in Pseudomonas Aeruginosa (p. Aeruginosa)3,4,5 und andere Bakterien6,7 identifizieren ,8 und ist anfällig für weitgehend die gleichen Virulenzfaktoren, die Säugerzellen einschließlich Typ III-Sekretion9,10zu töten. Vorherigen Virulenz-Assays mit D. Discoideum haben im Laufe der Stunden3,4,5über längere Zeit von Bakterien mit D. Discoideum Zellen beteiligt. Hier das Protokoll stellt eine schnelle Methode zur Bestimmung der Virulenz verwenden diese Amöbe. Dieses Protokoll (Abbildung 1) beschreibt wie man: (1) wachsen die Amöben axenically (in Abwesenheit von Bakterien), (2) wachsen Bakterien für den Assay, (3) bereiten Bakterien und Wirtszellen für Mikroskopie, (4) Epifluoreszenz mikroskopie durchzuführen, und (5) analysieren Sie Amöbe Fluoreszenz.
Amöben sind zunächst gestreift von gefrorenen Vorräte und auf eine Rasenfläche von Escherichia coli (E. Coli), angebaut, wo die Amöben Sporen produzieren. Diese Sporen sind abgeholt und in eine angereicherte Medium für axenic Wachstum geimpft. Die Amöben sind durch axenic Wachstum in nährstoffreichen Bedingungen beibehalten, bis sie bereit sind, mit Bakterien für die Beurteilung der bakteriellen Virulenz gemischt werden. Das Überleben oder den Tod der Amöben wird durch die Messung der Fluoreszenz von Calcein-Acetoxymethyl (Calcein-AM), die durch intrazelluläre Esterasen abgespalten und, dadurch aktiviert für Fluoreszenz11,12quantifiziert. Live Amöben zeigen wenig oder gar keine Fluoreszenz betont, und sterbende Zellen intensiv fluoreszieren. Dieses Ergebnis ist durch eine kleine oder gar keine Einarbeitung von Calcein-AM gesunden Amöben und Einbeziehung und Spaltung des Substrats im gestressten Amöben13. Dieses Verhalten unterscheidet sich vor allem von Calcein-AM Fluoreszenz in Säugerzellen11,14,15,16.
Bakterien, die für die Virulenz beurteilt werden separat angebaut. Hier beschreiben wir wie Sie messen die Virulenz von opportunistischen Erreger p. Aeruginosa und ausführlich, wie man die Virulenz von planktonischen (Schwimmen) und Oberfläche befestigt Sub-Populationen zu quantifizieren. Dieses Protokoll möglicherweise angepasst, die Virulenz von anderen Bakterien zu testen. Im Abschnitt Vertreter Ergebnisse wir zeigen, dass die Virulenz in Oberfläche angebracht Zellen aktiviert und ist niedrig im planktonischen Zellen, die hieß zuvor13. Virulenz-aktivierte Oberfläche angebracht p. Aeruginosa tötet Amöben, während nicht virulente planktonischen Zellen von den Amöben konsumiert werden. Wenn die Virulenz von planktonischen Bakterien ausschließlich untersucht wird ist, können Bakterien in gewöhnlichen Kultur Röhren anstatt Petrischalen zu verwenden, wie im Protokoll beschrieben kultiviert werden.
Das Wachstum der Amöben und p. Aeruginosa Kulturen muss koordiniert werden, so dass p. Aeruginosa Kulturen die beabsichtigten Wachstumsphase erreichen, während die Amöben im Steady-State in nährstoffreichen Bedingungen wachsen. Dieser Zustand erfordert in der Regel Amöben Kulturen mindestens 1 Tag vor dem verdünnt werden, wenn sie mit Bakterien vermischt werden. Amöben und Bakterien sind immobilisiert mit Agar-Pads sind für 1 h Co inkubierten und abgebildet, mit einer niedrigen Auflösung (10 X, numerische Apertur 0,3) Objektive, grüne Fluoreszenz-Protein (GFP) filtert und eine Wärmebildkamera. Analyse mit frei verfügbare ImageJ-Software ausgeführt werden kann oder Bildanalyse-Software angepasst. Unsere Analyse erfolgte mittels eigener Software mit einer wissenschaftlichen Analyse Paket13geschrieben. Die Software sollte erstellen Sie eine Maske mit dem Phase Kontrast Bild und die maskierten Bereiche in der fluoreszenzbild Fluoreszenz Werte extrahieren. Fluoreszenz-Werte sind über mindestens 100 Zellen, was zu einer numerischen Host Tötung Index gemittelt.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dieses Protokoll beschreibt eine rasche und quantitative Methode zur Virulenz in p. Aeruginosaassay. Dieses Protokoll kann mit anderen Bakterien getestet werden. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass das Wachstumsmedium mit der Amöbe Wachstumsbedingungen kompatibel sein sollten. Insbesondere haben wir das Protokoll mit PS:DB als das Bakterienwachstum Medium optimiert. Wenn andere Medien verwendet werden, ist es möglicherweise erforderlich, Wachstumskontrolle Medien nur durchzuführen, bei denen gibt es keine…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
KP und AS schrieb und das Manuskript überarbeitet. KP durchgeführt die Experimente und die Analyse. Diese Arbeit wurde von den National Institutes of Health (NIH) Career Transition Award (K22AI112816), as unterstützt.
Materials
| Reagents | |||
| Bacto agar, dehydrated | BD Difco | 214010 | |
| Antibiotic-Antimycotic (100X) | Life Technologies | 15240062 | Aliquot < 1 mL and store at -20 °C |
| Calcein-acetoxymethyl ester (calcein-AM) | Life Technologies | C34852 | Calcein Acetoxymethyl (AM) |
| Calcium chloride, anhydrous | Sigma-Aldrich | C1016 | |
| D-Glucose | Fisher Chemical | D16500 | Dextrose |
| Dimethyl sulfoxide | Sigma-Aldrich | D5879 | |
| Folic acid | Sigma-Aldrich | F8758 | |
| LB-Miller | BD Difco | 244620 | |
| Magnesium chloride | Sigma-Aldrich | M8266 | |
| Yeast extract | Oxoid | LP0021 | |
| Special peptone | Oxoid | LP0072 | |
| Potassium hyroxide | Fisher Chemical | P250 | |
| Potassium phosphate monobasic | Sigma-Aldrich | P0662 | |
| Sodium phosphate dibasic heptahydrate | Fisher Chemical | S373 | |
| Vitamin B12 | Sigma-Aldrich | V2876 | |
| Strains | |||
| Dictyostelium discoideum | Siryaporn lab | Strain AX318 | |
| Escherichia coli | Siryaporn lab | Strain B/r17 | |
| Pseudomonas aeruginosa | Siryaporn lab | PA14 | PA14 strain19 |
| Pseudomonas aeruginosa ΔlasR | Siryaporn lab | AFS20.1 | PA14-derived strain20 |
| Supplies | |||
| 0.22 µm filter | Millipore | SCGPT01RE | For filter sterilization |
| Conical tube, 15 mL | Corning | 352097 | |
| Glass storage bottles | Pyrex | 13951L | 250 mL, 500 mL, 1000 mL |
| Petri dish, 6 cm diameter | Corning | 351007 | 60 x 15 mm polystyrene plates |
| Petri dish, 10 cm diameter | Fisher | FB0875712 | 100 x 15 mm polystyrene plates |
| Plastic containers with lid | Ziploc | 2.57E+09 | Square 3-cup containers |
| Glass plates | Bio-Rad | 1653308 | For preparing agar pads. Other glass plates may be used with similar dimensions. |
| Wooden sticks | Fisher | 23-400-102 | |
| Equipment | |||
| Eclipse Ti-E microscope | Nikon | MEA53100 | Microscope setup |
| 10X Plan Fluor Ph1 objective 0.3 NA | Nikon | MRH20101 | Microscope setup |
| Fluorescence excitation source | Lumencor | Sola light engine | Microscope setup |
| Fluorescence filter set | Semrock | LED-DA/FI/TX-3X3M-A-000 | Microscope setup |
| Orca Flash 4.0 V2 Camera | Hamamatsu | 77054098 | Microscope setup |
| ImageJ | NIH | v. 1.49 | Software for image analysis |
| MATLAB | Mathworks | R2013 | Software for image analysis |
| Orbital shaker incubator | VWR | 89032-092 | For growth of bacteria at 37 °C |
| Platform shaker | Fisher | 13-687-700 | For growth of amoebae at 22 °C |
| Spectrophotometer | Biochrom | Ultrospec 10 | |
| Undercounter refrigerated incubator | Fisher | 97990E | For growth of amoebae at 22 °C |
| Isotemp waterbath | Fisher | 15-462-21Q | For cooling media to 55 °C |
References
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