Summary

Construcción de mutantes en el serotipo 1 Streptococcus pneumoniae cepa 519/43

Published: September 11, 2020
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Summary

Aquí, describimos una cepa 519/43 del serotipo 1 de S. pneumoniae que puede modificarse genéticamente utilizando su capacidad para adquirir ADN de forma natural y un plásmido suicida. Como prueba de principio, se hizo un mutante isogénico en el gen de la neumolisina (ply).

Abstract

Streptococcus pneumoniae serotipo 1 sigue siendo un gran problema en los países de ingresos bajos y medios, particularmente en el África subsahariana. A pesar de su importancia, los estudios en este serotipo se han visto obstaculizados por la falta de herramientas genéticas para modificarlo. En este estudio, describimos un método para modificar genéticamente un aislado clínico de serotipo 1 (cepa 519/43). Curiosamente, esto se logró explotando la capacidad del neumococo para adquirir ADN de forma natural. Sin embargo, a diferencia de la mayoría de los neumococos, el uso de ADN lineal no tuvo éxito; Para mutar esta importante cepa, se tuvo que usar un plásmido suicida. Esta metodología ha proporcionado los medios para una comprensión más profunda de este esquivo serotipo, tanto en términos de su biología como de patogenicidad. Para validar el método, la principal toxina neumocócica conocida, la neumolisina, fue mutada porque tiene un fenotipo bien conocido y fácil de seguir. Demostramos que el mutante, como era de esperar, perdió su capacidad de lisar los glóbulos rojos. Al poder mutar un gen importante en el serotipo de interés, pudimos observar diferentes fenotipos para la pérdida de función mutantes en infecciones intraperitoneales e intranasales de los observados para otros serotipos. En resumen, este estudio demuestra que la cepa 519/43 (serotipo 1) puede ser modificada genéticamente.

Introduction

Streptococcus pneumoniae (S. pneumoniae, el neumococo) es una de las principales causas de morbilidad y mortalidad a nivel mundial. Hasta hace poco, se han descubierto cerca de 100 serotipos de S. pneumoniae 1,2,3,4,5,6,7. Anualmente, la enfermedad neumocócica invasiva (EPI) se cobra alrededor de 700.000 muertes, de niños menores de 5 años8. S. pneumoniae es la principal causa de neumonía bacteriana, otitis media, meningitis y septicemia en todo el mundo9.

En el cinturón africano de la meningitis, el serotipo 1 es responsable de los brotes de meningitis, donde el tipo de secuencia (ST) ST217, un tipo de secuencia extremadamente virulento, es dominante 10,11,12,13,14,15. Su importancia en la patología de la meningitis ha sido comparada con la de Neisseria meningitidis en el cinturón africano de la meningitis16. El serotipo 1 es a menudo la causa principal de la EPI; Sin embargo, rara vez se encuentra en el transporte. De hecho, en Gambia, este serotipo es responsable del 20% de todas las enfermedades invasivas, pero solo se encontró en el 0,5% de los portadores sanos14,17,18,19. El intercambio genético y la recombinación en neumococos competentes ocurren generalmente en el transporte más que en la enfermedad invasiva20. Además, se ha demostrado que el serotipo 1 tiene una de las tasas de transporte más cortas descritas entre los neumococos (solo 9 días). Por lo tanto, se ha propuesto que este serotipo podría tener una tasa de recombinación mucho menor que otros21.

Se necesitan estudios en profundidad para comprender la razón detrás de la baja tasa de transporte de las cepas del serotipo 1 y su importancia en la enfermedad invasiva en el África subsahariana.

Aquí informamos un protocolo que permite la mutagénesis de todo el genoma de una cepa particular del serotipo 1, 519/43. Esta cepa puede adquirir y recombinar fácilmente nuevo ADN en su genoma. Este método aún no está inter-cepa, pero es muy eficiente cuando se hace en 519/43 fondo (otros objetivos han sido mutados, manuscritos en preparación). Simplemente utilizando la cepa 519/43 y explotando su competencia natural, así como sustituyendo la forma en que se proporciona el ADN exógeno, pudimos mutar el gen de la neumolisina (ply) en esta cepa del serotipo 1. Este método representa una mejora respecto al presentado por Harvey et al.22 ya que se realiza en un solo paso sin necesidad de pasar el ADN a través de un serotipo diferente. Sin embargo, y debido a la variabilidad entre cepas, no se ha estandarizado ningún método para todas las cepas. La capacidad de mutar genes específicos y observar sus efectos permitirá una comprensión profunda de las cepas de S. pneumoniae del serotipo 1 y proporcionará respuestas para el papel de estas cepas en la meningitis en el África subsahariana.

Protocol

1. Generación del amplicón mutante por SOE-PCR23 y amplificación del casete de espectinomicina Comience realizando PCR para la amplificación de los brazos de homología (ply 5′ (488 pb) y ply3′ (715 pb) respectivamente) de las regiones flanqueantes del gen ply de la cepa 519/43. Use imprimaciones plyFw1_NOTI (TTT GCGGCCGCCAGTAAATGACTTTATACTAGCTATG), ply5’R1_BamHI (CGAAATATAGACCAAAGGACGCGGATCC AGAACCAAACTTGTTGA), ply3’F1_BamHI (TCAAGGTCAAGTTTGGTTCTGGATCC GCG…

Representative Results

El protocolo descrito aquí comienza utilizando PCR para amplificar los brazos de homología izquierda y derecha, mientras que simultáneamente elimina 191 pb de la región media del gen ply . Durante la realización de la PCR se introduce un sitio BamHI en los 3′ del brazo de homología izquierdo y en el extremo 5′ del brazo de homología derecho (Figura 1A). Esto es seguido por PCR-SOE donde los brazos de homología izquierda y derecha se fusionan en un amplicón (<strong class="x…

Discussion

Streptococcus pneumoniae, en particular el serotipo 1, sigue siendo una amenaza mundial que causa enfermedad neumocócica invasiva y meningitis. A pesar de la introducción de varias vacunas que deberían ser protectoras contra el serotipo 1, en África, este serotipo todavía es capaz de causar brotes que conducen a una alta morbilidad y mortalidad13. La capacidad de manipular genéticamente este serotipo es de importancia crítica debido a su relevancia clínica. El método descrito en …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Nos gustaría agradecer al Meningitis Trust y al MRC por proporcionar fondos para este trabajo.

Materials

AccuPrime Pfx DNA polymerase Invitrogen 12344024 Used for amplification of the fragments
Ampicillin sodium salt Sigma Aldrich A9518 Used for bacterial selection on stage 1(pSD1)
Blood Agar Base Oxoid CM0055 Used to plate S. pneumoniae transformants
Bovine Serum Albumine sigma 55470 used for S. pneumoniae Transformation
Brain Heart Infusion Oxoid CM1135 used to grow S. pneumoniae cells
Calcium Chloride Cacl2 Sigma 449709 used for S. pneumoniae Transformation
Competence stimulating peptide 1 AnaSpec AS-63779 used for S. pneumoniae Transformation
Luria Broth Agar Gibco 22700025 used for plating and selection of pSD1 and pSD2
Luria Broth Base (Miller's formulation) Gibco 12795027 used for plating and selection of pSD1 and pSD2
Monarch Gel Extraction Kit NEB T1020S Used to extract the bands from the DNA gel
Monarch Plasmid Miniprep Kit NEB T1010S Used to extract plasmid from the cells
pGEM T-easy Promega A1360 used as suicide plasmid
S.O.C. Invitrogen 15544034 used for recovery of cells after transformation
Sodium Hydroxide (NaOH) Sigma S0899 used for S.pneumoniae Transformation
Spectinomycin Hydrochloride SigmaAldrich PHR1426 Used for bacterial selection
Subcloning Efficiency DH5α Competent Cells Invitrogen 18265017 used for the creation of pSD1 and pSD2

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Terra, V. S., Plumptre, C. D., Wall, E. C., Brown, J. S., Wren, B. W. Constructing Mutants in Serotype 1 Streptococcus pneumoniae strain 519/43. J. Vis. Exp. (163), e61594, doi:10.3791/61594 (2020).

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