Summary

Detección de la colonización de Escherichia Coli enterohemorrágica en anfitrión murino no invasiva In Vivo el sistema de bioluminiscencia

Published: April 09, 2018
doi:

Summary

Se presenta un protocolo detallado de un modelo de ratón para enterohemorrágica e. coli (EHEC) colonización utilizando bacterias etiquetado bioluminiscencia. La detección de estas bacterias bioluminiscentes por un no-invasivo en vivo sistema de animales vivos de imagen puede avanzar nuestra comprensión actual de la colonización de EHEC.

Abstract

Enterohemorrágica e. coli (EHEC) O157: H7, que es un patógeno de transmisión alimentaria que causesdiarrhea, colitis hemorrágica (HS), y síndrome urémico hemolítico (SUH), colonizar en el tracto intestinal de los seres humanos. Para estudiar el mecanismo detallado de la colonización de EHEC en vivo, es imprescindible disponer de modelos animales para controlar y cuantificar la colonización de EHEC. Se demuestra aquí un modelo de colonización de ratón-EHEC transformando el plásmido expresando bioluminiscente a EHEC para monitorear y cuantificar la colonización de EHEC en anfitriones de vida. Animales inoculados con ECEH etiquetado bioluminiscencia muestran intensas señales bioluminiscentes en ratones por la detección con un no-invasivo en vivo sistema de imagen. Después de 1 y 2 días post infección, señales bioluminiscentes todavía se podían detectar en los animales infectados, lo cual sugiere que EHEC colonizan en anfitriones de al menos 2 días. También demostramos que estos EHEC bioluminiscente localizar al intestino de ratón, específicamente en el ciego y el colon, de imágenes de ex vivo . Este modelo de colonización de ratón-EHEC puede servir como una herramienta para avanzar en el conocimiento actual del mecanismo de colonización de EHEC.

Introduction

ECEH O157: H7 es un patógeno que causa diarrea1, HS2, HUS3y falta renal aguda incluso4 a través de agua o alimentos contaminados. EHEC es un patógeno Enterobacter y coloniza en el tracto gastrointestinal de los seres humanos1. Cuando EHEC primero se adhieren al epitelio intestinal del anfitrión, inyectan los factores de colonización en las células del huésped a través del sistema de la secreción del III tipo (T3SS) que funciona como una jeringa molecular induciendo una fijación y borrar (A/E) lesión posteriormente para hacer cumplir adherencia (colonización)5. Estos genes involucrados en la formación de la lesión A/E son codificados por el locus de la isla de patogenicidad del enterocyte effacement (LEE)5.

Bioluminescence es una reacción química produzca luz, en la cual luciferase cataliza su luciferin del substrato para generar luz visible6. Este proceso enzimático requiere con frecuencia la presencia de oxígeno o trifosfato de adenosina (ATP)6. Bioluminiscencia (BLI) la proyección de imagen permite a los investigadores la visualización y cuantificación de las interacciones huésped-patógeno en animales vivos7. BLI puede caracterizar el ciclo de infección bacteriana en animales vivos siguiendo las bacterias bioluminiscentes que migran e invaden diferentes tejidos7; Esto revela una evolución dinámica de la infección. Por otra parte, la carga bacteriana en los animales se relaciona con la señal bioluminiscente8; por lo tanto, es un indicador conveniente para estimar las condiciones patológicas de los animales experimentales en una forma simple y directa.

El plásmido utilizado aquí contenida el operón de la luciferasa, luxCDABE, que es de la bacteria Photorhabdus luminescens que codifica su propia luciferase sustrato7,9. Al transformar este plásmido de expresión de luciferasa en las bacterias, los procesos de colonización y la infección pueden controlarse mediante la observación de estas bacterias bioluminiscentes en animales vivos. En general, BLI y bacterias etiquetado bioluminiscencia permiten a los investigadores a monitorear los números bacterianos y ubicación, viabilidad bacteriana con tratamiento de antibióticos y la expresión génica bacteriana en infección/colonización6, 7. se han reportado numerosas bacterias patógenas que expresar el operón luxCDABE para examinar su expresión de ciclo o gen de infección en infección. Estas bacterias, incluyendo uropatógenos Escherichia coli10, EHEC8,11,12,13, enteropatógeno e. coli (EPEC)8, Citrobacter Rodentium14,15, Salmonella typhimurium16, Listeria monocytogenes17, Yersinia enterocolitica18,19, y Vibrio cholerae20, han sido documentados.

Varios modelos experimentales se han desarrollado para facilitar el estudio de ECEH colonización in vitro e in vivo21,22,23. Sin embargo, hay una falta de modelos animales adecuados para el estudio de la colonización la EHEC en vivoy, por tanto, la escasez resultante de los datos. Para facilitar el estudio de la EHEC colonización mecanismo en vivo, es valioso para construir modelos animales para observar y cuantificar la colonización de ECEH en los animales vivos en un método no invasivo.

Este manuscrito describe un modelo de colonización de EHEC de mouse que utiliza un sistema de expresión bioluminiscente para controlar la colonización de la ECEH en el tiempo de vida acoge. Ratones se inoculan intragástrica con EHEC etiquetado bioluminiscencia y se detecta la señal bioluminiscente en ratones con un no-invasivo en vivo imágenes del sistema13. Ratones infectan con ECEH etiquetado bioluminiscencia mostró significativas señales bioluminiscentes en su intestino después de 2 días post infección, lo que sugiere que las bacterias colonizan en el intestino del anfitrión después de 2 días post infección. Ex vivo imagen datos demostraron que esta colonización es específicamente en el ciego y el colon de los ratones. Mediante este modelo de ratón-EHEC, la colonización bioluminiscente de EHEC puede detectarse en la vida de acogida un en vivo sistema, para estudiar los mecanismos detallados de la colonización de bacterias entéricas, que puede promover la comprensión más en la proyección de imagen Inducida por la EHEC cambios fisiológicos y patológicos.

Protocol

PRECAUCIÓN: ECEH O157: H7 es un nivel de bioseguridad 2 (BSL-2) patógeno según los centros para el Control de enfermedades y prevención de enfermedades (CDC) Instrucciones de seguridad de la biotecnología (https://www.cdc.gov/). Por lo tanto, deben realizarse todos los procedimientos experimentales que EHEC en una facilidad BSL-2. Use guantes y batas de laboratorio al realizar el experimento. Trabajo en una gabinete de la bioseguridad certificada (BSC). Desinfectar el Banco experimental antes y después del procedim…

Representative Results

Administramos la bioluminiscencia etiquetado EHEC (~ 109 células bacterianas) a 6 – semanas de edad hembra C57BL/6 ratones por sonda oral. Después de la inoculación oral de EHEC para ratones dentro de 1 h, los animales fueron examinados para bioluminiscente de la señal por el sistema generador de imágenes en vivo como se muestra en la figura 7. Los resultados mostraron una fuerte señal bioluminiscente en ratones por sonda nasogástri…

Discussion

Se ha divulgado que EHEC transformada con el plásmido de la luciferasa se ha utilizado para examinar su localización en hosts o expresión de gen en vivo8,11,12. El modelo murino demostrado aquí también se ha divulgado para detectar el momento de EHEC colonizado y localización en anfitrión murino8. Sin embargo, nos ofrecen el protocolo de detalle de cómo administrar la inoculación a raton…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Reconocemos a Chi-Chung Chen del Departamento de investigación médica, centro médico de Chi Mei (Tainan, Taiwan) la ayuda del ratón para la infección y el apoyo del centro de animales de laboratorio de la Universidad Nacional Cheng Kung. Este trabajo es apoyado por el Ministro de ciencia y tecnología (MOST) subvenciones (más 104-2321-B-006-019, 105-2321-B-006-011,-005 de and106-2321-B-006) a CC.

Materials

Shaker incubator YIH DER LM-570R bacteria incubation 
Orbital shaking incubator FIRSTEK S300 bacteria incubation 
pBSL180 source of nptII gene
pAKlux2 source of luxCDABE operon
T&A Cloning Kit Yeastern Biotech FYC001-20P use for TA cloning 
Nsi I NEB R0127S use for plasmid cloning 
Sca I NEB R0122S use for plasmid cloning 
Spe I-HF NEB R0133S use for plasmid cloning 
Sma NEB R0141S use for plasmid cloning 
T4 ligase NEB M0202S use for plasmid cloning 
Ex Taq TaKaRa RR001A use for PCR amplification
10X Ex Taq Buffer TaKaRa RR001A use for PCR amplification
dNTP Mixture  TaKaRa RR001A use for PCR amplification
PCR machine applied Biosystem  2720 thermal cycler   for PCR amplification
Glycerol SIGMA G5516-1L use for bacteria stocking solution
NaCl Sigma 31434-5KG-R chemical for making LB medium, 10 g/L
Tryptone CONDA pronadisa Cat 1612.00 chemical for making LB medium, 10 g/L
Yeast Extract powder Affymetrix 23547-1 KG chemical for making LB medium, 5 g/L
Agar CONDA pronadisa Cat 1802.00 chemical for making LB agar
kanamycin  Sigma K4000-5G antibiotics, use for seleciton
streptomycin  Sigma S6501-100G antibiotics, eliminate the microbiota in mice
EDL933 competent cell Homemade method is on supplemental document 
Electroporator MicroPulser for electroporation
Electroporation Cuvettes Gene Pulser/MicroPulser 1652086 for electroporation
High-speed centrifuge Beckman Coulter Avanti, J-26S XP use for centrifuging bacteria 
Fixed-Angle Rotor Beckman Coulter JA25.5 use for centrifuging bacteria 
Fixed-Angle Rotor Beckman Coulter JLA10.5 use for centrifuging bacteria 
centrifuge bottles Beckman Coulter REF357003 use for centrifuging bacteria 
centrifuge bottles Thermo Fisher scientific 3141-0500 use for centrifuging bacteria 
eppendorf biophotometer plus  eppendorf AG 22331 hamburg for measuring the OD600 value of bacteria
C57BL/6 mice  Laboratory Animal Center of NCKU
lab coat, gloves for personnel protection 
isoflurane  Panion & BF Biotech Inc. G-8669 for mice anesthesia, pharmaceutical grade
1ml syringe  use for oral gavage of mice
Reusable 22 G ball-tipped feeding needle φ0.9 mm X L 50 mm use for oral gavage of mice
surgical  scissors  use for mice experiment
Xenogen IVIS 200 imaging system Perkin Elmer IVIS spectrum use for bioluminescent image capture 
Living Image Software Perkin Elmer version 4.1 use for quantifying the image data

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Cite This Article
Kuo, C., Wang, S., Chen, C. Detection of Enterohemorrhagic Escherichia Coli Colonization in Murine Host by Non-invasive In Vivo Bioluminescence System. J. Vis. Exp. (134), e56169, doi:10.3791/56169 (2018).

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