Determinación de Biofilm Iniciación, el virus de las células infectadas por bacterias y hongos
Summary
A method is described herein for the determination of inter-Kingdom association and competition (bacterial and fungal) for adherence to virus-infected HeLa cell monolayers. This protocol can be extended to multiple combinations of prokaryotes, eukaryotes, and viruses.
Abstract
El estudio de las interacciones polimicrobianas a través de los reinos taxonómicos que incluyen hongos, bacterias y virus no se han examinado previamente con respecto a cómo los miembros virales de la microbioma afectan las interacciones microbio posteriores con estas células huésped infectadas por virus. La cohabitación de virus con bacterias y hongos es principalmente presente en las superficies de la mucosa de la cavidad oral y el tracto genital. células de la mucosa, particularmente aquellos con infecciones virales latentes crónicas o persistentes persistentes, podrían tener un impacto significativo en los miembros de la microbioma través de la alteración del virus en el número y tipo de receptores expresados. Modificación en la arquitectura de la membrana de la célula huésped se traduciría en la capacidad alterada de los miembros posteriores de la flora normal y patógenos oportunistas para iniciar el primer paso en la formación de biopelículas, es decir, la adhesión. Este estudio describe un método para la cuantificación y control visual del efecto de HSV en el inicio de biofilm formación (adherencia) de S. aureus y C. albicans.
Introduction
El microbioma humano incluye diversos organismos de varios reinos taxonómicos que comparten regiones geográficas en el cuerpo. La adherencia a las superficies celulares es un primer paso esencial en la formación de biopelículas, que es parte del proceso de colonización microbioma. Incluido en el microbioma puede haber virus que causan infecciones crónicas y persistentes. La infección de células crónica por estos virus puede causar una alteración en la disponibilidad del receptor putativo. 1,2 Además, la entrada de la célula por patógenos intracelulares también podría afectar a la fluidez de membrana host / hidrofobicidad que a su vez puede alterar la unión de otros miembros microbioma, incluyendo bacterias y hongos . Con el fin de entender las interacciones que pueden ocurrir entre estos múltiples patógenos que co-localizar en las mismas regiones geográficas del huésped humano, debemos ser capaces de estudiar la interacción de los agentes patógenos que representan el espectro de los reinos taxonómicos presentes en la superficie de la mucosa.
t "> El Herpesviridae son una familia de microbios presentes en el 100% de los seres humanos como miembros permanentes del microbioma 3,4. Además, pueden también ser derramada persistente tanto en presencia como en ausencia de síntomas. En concreto, el virus herpes simplex-1 y herpes simplex virus-2 (HSV-1 y HSV-2, respectivamente) son miembros permanentes del microbioma en el oronasopharynx y el tracto genital. en individuos inmunocompetentes, tanto HSV-1 y HSV-2 causa gingivoestomatitis, así como el herpes genital 5-8. en estos sitios, el VHS causa una infección latente, caracterizada por necrosis tumoral asintomática crónica persistente derramamiento viral 9. entrada del VHS en células da lugar a alteraciones en la expresión superficial de nectins, sulfato de heparán, balsas de lípidos y herpesvirus mediador de la entrada / receptor del factor de (HVEM / TNFr) 10-25. Estos receptores representan potencialmente compartidos para algunas bacterias y hongos, por ejemplo, S. aureus y C. albicans, que mientras que los patógenos oportunistas,También puede residir en calidad de miembros de la mucosa del microbioma oronasopharynx 26,27. Dentro de la oronasopharynx S. aureus y C. albicans ocupan dos sitios distintos de la colonización. En los anfitriones con los dientes naturales, la mucosa oral es compartida por HSV-1 y C. albicans, mientras que los orificios nasales nasal anterior están ocupados por S. aureus 28. Sin embargo, a pesar de los hallazgos in vitro que S. aureus se adhiere a las células epiteliales de la boca, 29,30 S. aureus es poca frecuencia aisladas de muestras orales cuando está presente el tejido normal 29,30. Poco se sabe en relación con nichos tracto genital co-colonización más allá de los hallazgos clínicos que S. aureus se asocia con la vaginitis aerobia, que se caracteriza por la inflamación genital, la descarga y la dispareunia, mientras que C. albicans produce lesiones de la mucosa similar a la observada en la cavidad oral 31-35. Por lo tanto, aunque estos miembros de la microbi oral y genitalome reinos taxonómicos transversales poco se conoce acerca de su interacción ya que afecta a su capacidad para iniciar la formación de biopelículas mediante la adhesión a la superficie de la célula huésped 5. Este protocolo se ha aplicado de manera efectiva para determinar las consecuencias funcionales de co-colonización / infección.Protocol
1. HSV Cepas y Manipulación Nota: Recombinante la no propagación de HSV-1 (KOS) gL86 y HSV-2 (KOS) 333gJ – con el reportero de la actividad de beta-galactosidasa utilizado fueron proporcionados por V. Twiari 36,37. Utilice virus de un solo lote y se almacena a -80 ° C, a una proporción de 1: 1 de medio de Eagle modificado por Dulbecco (DMEM) con suero bovino fetal al 20% (FBS) y leche descremada hasta su uso. Antes del almacenamiento mucho viral, determinar la concentración …
Representative Results
El nivel de fiabilidad de los datos que se pueden obtener a partir sistema descrito en este informe se muestra en la Figura 2 af 38. Mediante el uso de este sistema de la modulación de la interacción de estafilococos y hongos con las células infectadas por virus y sus efectos en la adherencia de cada uno puede ser delineado. Estos tipos de estudios requieren el examen microscópico de la interacción tal como se muestra en las figuras 3 y <…
Discussion
Actualmente no hay información disponible sobre las interacciones complejas entre permanente a los miembros semi-permanentes del microbioma de acogida que se cruzan múltiples dominios taxonómicos, es decir, procariotas, eucariotas y virales. Por lo tanto, hemos desarrollado un novedoso sistema de modelo in vitro para estudiar la iniciación del biofilm por S. aureus y C. albicans en HSV-1 o HSV-2 infectadas 229 células HeLa (HeLa) 38. El sistema modelo de célu…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This project was supported by Midwestern University, IL Office of Research and Sponsored Programs (ORSP) and Midwestern University College of Dental Medicine-Illinois (CDMI).
Materials
| C.albicans | |||
| BBL Sabouraud Dextrose | BD | 211584 | |
| Fungisel Agar | Dot Scientific | 7205A | |
| S.aureus | |||
| Mannitol Salt Agar | Troy Biologicals | 7143B | |
| Sheep blood agar | Troy Biologicals | 221239 | |
| Hela cells | |||
| 1xDMEM (Dubelcco's Modified Eagle Medium, with 4.5 g/L glucose and L-glutamine, without sodium pyruvate | Corning | 10-017-CM | |
| Gentamicin 50mg/ml | Sigma | 1397 | 50µg/ml final concentration in the complete DMEM |
| Trypsin EDTA (0.05% Trypsin, 0.53M EDTA)Solution 1X | Corning | 25-052-CI | |
| Fetal Bovine Serum | Atlanta Biologicals | S11150 | 10% final concentration in the complete DMEM |
| Other medium and reagents | |||
| ONPG | Thermo Scientific | 34055 | |
| Ultra-Pure X gal | Invitrogen | 15520-018 | |
| 1x HBSS (Hanks' Balanced Salt Solution) | Corning | 20-021-CV | |
| 1XPBS | Dot Scientific | 30042-500 | |
| RIPA Lysis | Life Technologies | 89901 | |
| Staining | |||
| Methanol | Fisher Scientific | A433P-4 | |
| HSV 1&2, specific for gD | ViroStat | 196 | |
| DAPI | SIGMA | D8417-5MG | |
| Gram Crystal Violet | Troy Biologicals | 212527 | |
| Supplies | |||
| Petri dish 100X15 | Dot Scientific | 229693 | |
| Petri dish 150X15 | Kord Valmark | 2902 | |
| 96-Well plates | Evergreen Scientific | 222-8030-01F | |
| 24-well plates | Evergreen Scientific | 222-8044-01F | |
| Culture tubes 100×13 | Thomas Scientific | 9187L61 | |
| Cover slip circles, 12mm | Deckglaser | CB00120RA1 |
References
- Palu, G., et al. Effects of herpes-simplex virus type-1 infection on the plasma-membrane and related functions of HeLa S3 cells. J Gen Virol. 75, 3337-3344 (1994).
- Vitiello, G., et al. Lipid composition modulates the interaction of peptides deriving from herpes simplex virus type I glycoproteins B and H with biomembranes. Biochim. Biophys. Acta-Biomembr. 1808, 2517-2526 (2011).
- Bradley, H., Markowitz, L. E., Gibson, T., McQuillan, G. M. Seroprevalence of Herpes Simplex Virus Types 1 and 2-United States, 1999-2010. J. Infect. Dis. 209, 325-333 (2014).
- Szpara, M. L., et al. Evolution and diversity in Human Herpes Simplex Virus genomes. J Virol. 88, 1209-1227 (2014).
- Arduino, P. G., Porter, S. R. Herpes Simplex Virus Type I infection: overview on relevant clinico-pathological features. J Oral Pathol Med. 37, 107-121 (2008).
- Looker, K. J., Garnett, G. P. A systematic review of the epidemiology and interaction of herpes simplex virus types 1 and 2. Sex. Transm. Infect. 81, 103-107 (2005).
- Taylor, T. J., Brockman, M. A., McNamee, E. E., Knipe, D. M. Herpes simplex virus. Front Biosci. 7, 752-764 (2002).
- Bernstein, D. I., et al. Epidemiology, clinical presentation, and antibody response to primary infection with Herpes Simplex Virus Type 1 and Type 2 in young women. Clinical infectious diseases : an official publication of the Infectious Diseases Society of America. 56, 344-351 (2013).
- Sacks, S. L., et al. HSV shedding. Antiviral Res. 63, 19-26 (2004).
- Brandhorst, T. T., et al. Structure and Function of a Fungal Adhesin that Binds Heparin and Mimics Thrombospondin-1 by Blocking T Cell Activation and Effector Function. PLoS Pathog. 9, (2013).
- Green, J. V., et al. Heparin-Binding Motifs and Biofilm Formation by Candida albicans. Journal of Infectious Diseases. 208, 1695-1704 (2013).
- Khalil, M. A., Sonbol, F. I. Investigation of biofilm formation on contact eye lenses caused by methicillin resistant Staphylococcus aureus. Niger. J. Clin. Pract. 17, 776-784 (2014).
- Shanks, R. M. Q., et al. Heparin stimulates Staphylococcus aureus biofilm formation. Infection and Immunity. 73, 4596-4606 (2005).
- Tiwari, V., et al. Role for 3-O-sulfated heparan sulfate as the receptor for herpes simplex virus type 1 entry into primary human corneal fibroblasts. J Virol. 80, 8970-8980 (2006).
- Delboy, M. G., Patterson, J. L., Hollander, A. M., Nicola, A. V. Nectin-2-mediated entry of a syncytial strain of herpes simplex virus via pH-independent fusion with the plasma membrane of Chinese hamster ovary cells. Virol J. 3, (2006).
- Di Giovine, P., et al. Structure of Herpes Simplex Virus Glycoprotein D Bound to the Human Receptor Nectin-1. PLoS Pathog. 7, (2011).
- Hauck, C. R. Cell adhesion receptors – signaling capacity and exploitation by bacterial pathogens. Medical Microbiology and Immunology. 191, 55-62 (2002).
- Kramko, N., et al. Early Staphylococcus aureus-induced changes in endothelial barrier function are strain-specific and unrelated to bacterial translocation. Int. J. Med. Microbiol. 303, 635-644 (2013).
- Roy, S., Nasser, S., Yee, M., Graves, D. T., Roy, S. A long-term siRNA strategy regulates fibronectin overexpression and improves vascular lesions in retinas of diabetic rats. Molecular vision. 17, 3166-3174 (2011).
- Sato, R., et al. Impaired cell adhesion, apoptosis, and signaling in WASP gene-disrupted Nalm-6 pre-B cells and recovery of cell adhesion using a transducible form of WASp. Int. J. Hematol. 95, 299-310 (2012).
- Shukla, S. Y., Singh, Y. K., Shukla, D. Role of Nectin-1, HVEM, and PILR-alpha in HSV-2 entry into human retinal pigment epithelial cells. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 50, 2878-2887 (2009).
- Stump, J. D., Sticht, H. Mutations in herpes simplex virus gD protein affect receptor binding by different molecular mechanisms. J Molecu Model. 20, (2014).
- Zelano, J., Wallquist, W., Hailer, N. P., Cullheim, S. Expression of nectin-1, nectin-3, N-cadherin, and NCAM in spinal motoneurons after sciatic nerve transection. Experimental Neurology. 201, 461-469 (2006).
- Akhtar, J., et al. HVEM and nectin-1 are the major mediators of herpes simplex virus 1 (HSV-1) entry into human conjunctival epithelium. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 49, 4026-4035 (2008).
- Heo, S. K., et al. LIGHT enhances the bactericidal activity of human monocytes and neutrophils via HVEM. J. Leukoc. Biol. 79, 330-338 (2006).
- . National Nosocomial Infections Surveillance (NNIS) System Report. Am J Infect Control. 32, 470-485 (2004).
- Wisplinghoff, H., et al. Nosocomial bloodstream infections in US hospitals: analysis of 24,179 cases from a prospective nationwide surveillance study. Clinical infectious diseases : an official publication of the Infectious Diseases Society of America. 39, 1093-1093 (2004).
- Colacite, J., et al. Pathogenic potential of Staphylococcus aureus strains isolated from various origins. Ann. Microbiol. 61, 639-647 (2011).
- Colombo, A. V., et al. Quantitative detection of Staphylococcus aureus, Enterococcus faecalis and Pseudomonas aeruginosa in human oral epithelial cells from subjects with periodontitis and periodontal health. J. Med. Microbiol. 62, 1592-1600 (2013).
- Merghni, A., Ben Nejma, M., Hentati, H., Mahjoub, A., Mastouri, M. Adhesive properties and extracellular enzymatic activity of Staphylococcus aureus strains isolated from oral cavity. Microb Pathogen. 73, 7-12 (2014).
- Donders, G. G. G., et al. Definition of a type of abnormal vaginal flora that is distinct from bacterial vaginosis: aerobic vaginitis. Bjog. 109, 34-43 (2002).
- Li, J. R., McCormick, J., Bocking, A., Reid, G. Importance of vaginal microbes in reproductive health. Repro Sci. 19, 235-242 (2012).
- Jarvis, W. R. The epidemiology of colonization. Infect Cont Hosp Epidemiol. 17, 47-52 (1996).
- Okonofua, F. E., Akonai, K. A., Dighitoghi, M. D. Lower genital-tract infections in infertile nigerian women compared with controls. Genitourin Med. 71, 163-168 (1995).
- Nenoff, P., et al. Mycology – an update Part 2: Dermatomycoses: Clinical picture and diagnostics. J Der Deutschen Dermatol Gesellschaft. 12, 749-779 (2014).
- Hubbard, S., et al. Contortrostatin, a homodimeric disintegrin isolated from snake venom inhibits herpes simplex virus entry and cell fusion. Antivir. Ther. 17, 1319-1326 (2012).
- Shukla, S. Y., Singh, Y. K., Shukla, D. Role of Nectin-1, HVEM, and PILR-α in HSV-2 entry into human retinal pigment epithelial cells. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 50, 2878-2887 (2009).
- Plotkin, B. J., Sigar, I. M., Tiwari, V., Halkyard, S. Herpes simplex virus (HSV) modulation of Staphylococcus aureus. and Candida albicans.initiation of HeLa 299 cell-associated biofilm. Curr Microbiol. , (2016).
- Alva-Murillo, N., Lopez-Meza, J. E., Ochoa-Zarzosa, A. Nonprofessional phagocytic cell receptors involved in Staphylococcus aureus internalization. Biomed Res Internat. , (2014).
- Calderone, R. A., Scheld, W. M. Role of fibronectin in the pathogenesis of candidal infections. Reviews of infectious diseases. 9, 400-403 (1987).
- Fowler, T., et al. Cellular invasion by Staphylococcus aureus involves a fibronectin bridge between the bacterial fibronectin-binding MSCRAMMs and host cell beta1 integrins. European journal of cell biology. 79, 672-679 (2000).
- Mao, L., Franke, J. Symbiosis, dysbiosis, and rebiosis-The value of metaproteomics in human microbiome monitoring. Proteomics. 15, 1142-1151 (2015).
- Christopher, R. A., Kowalczyk, A. P., McKeown-Longo, P. J. Localization of fibronectin matrix assembly sites on fibroblasts and endothelial cells. J Cell Sci. 110, 569-581 (1997).
- Heino, J., Kapyla, J. Cellular receptors of extracellular matrix molecules. Current Pharm Des. 15, 1309-1317 (2009).
- Hynes, R. O., et al. A large glycoprotein lost from the surfaces of transformed cells. Annals of the New York Academy of Sciences. 312, 317-342 (1978).
- Mao, Y., Schwarzbauer, J. E. Fibronectin fibrillogenesis, a cell-mediated matrix assembly process. Matrix biology : journal of the International Society for Matrix Biology. 24, 389-399 (2005).
- Schwarzbauer, J. E., DeSimone, D. W. Fibronectins, their fibrillogenesis, and in vivo functions. Cold Spring Harbor perspectives in biology. 3, (2011).
- Abdelmegeed, E., Shaaban, M. I. Cydooxygenase inhibitors reduce biofilm formation and yeast-hypha conversion of fluconazole resistant Candida albicans. J. Microbiol. 51, 598-604 (2013).
- Gow, N. A. Germ tube growth of Candida albicans. Current topics in medical mycology. 8, 43-55 (1997).
- Liu, Y. P., Filler, S. G. Candida albicans Als3, a multifunctional adhesin and invasin. Eukaryot. Cell. 10, 168-173 (2011).
- Lu, Y., Su, C., Liu, H. Candida albicans hyphal initiation and elongation. Trends Microbiol. 22, 707-714 (2014).
- Kabir, M. A., Hussain, M. A., Ahmad, Z. Candida albicans: A model organism for studying fungal pathogens. ISRN microbiology. 2012, 538694 (2012).
- Ovchinnikova, E. S., Krom, B. P., Busscher, H. J., van der Mei, H. C. Evaluation of adhesion forces of Staphylococcus aureus along the length of Candida albicans hyphae. BMC Microbiol. 12, (2012).
- Peters, B. M., et al. Staphylococcus aureus adherence to Candida albicans hyphae is mediated by the hyphal adhesin Als3p. Microbiology-Sgm. 158, 2975-2986 (2012).
Cite This Article
Plotkin, B. J., Sigar, I. M., Tiwari, V., Halkyard, S. Determination of Biofilm Initiation on Virus-infected Cells by Bacteria and Fungi. J. Vis. Exp. (113), e54162, doi:10.3791/54162 (2016).