Construction de mutants dans la souche 519/43 de Streptococcus pneumoniae de sérotype 1

Summary

Ici, nous décrivons une souche 519/43 de sérotype 1 de S. pneumoniae qui peut être génétiquement modifiée en utilisant sa capacité à acquérir naturellement de l’ADN et un plasmide suicide. Comme preuve de principe, un mutant isogénique dans le gène de la pneumolysine (pli) a été fabriqué.

Abstract

Streptococcus pneumoniae sérotype 1 reste un énorme problème dans les pays à revenu faible ou intermédiaire, en particulier en Afrique subsaharienne. Malgré son importance, les études sur ce sérotype ont été entravées par le manque d’outils génétiques pour le modifier. Dans cette étude, nous décrivons une méthode pour modifier génétiquement un isolat clinique de sérotype 1 (souche 519/43). Fait intéressant, cela a été réalisé en exploitant la capacité du pneumocoque à acquérir naturellement de l’ADN. Cependant, contrairement à la plupart des pneumocoques, l’utilisation de l’ADN linéaire n’a pas été couronnée de succès; Pour muter cette souche importante, un plasmide suicide a dû être utilisé. Cette méthodologie a permis de mieux comprendre ce sérotype insaisissable, tant sur le plan biologique que pathogénique. Pour valider la méthode, la principale toxine pneumococcique connue, la pneumolysine, a été mutée car elle a un phénotype bien connu et facile à suivre. Nous avons montré que le mutant, comme prévu, a perdu sa capacité à lyser les globules rouges. En étant capable de muter un gène important dans le sérotype d’intérêt, nous avons pu observer différents phénotypes de mutants de perte de fonction sur les infections intrapéritonéales et intranasales de ceux observés pour d’autres sérotypes. En résumé, cette étude prouve que la souche 519/43 (sérotype 1) peut être génétiquement modifiée.

Introduction

Streptococcus pneumoniae (S. pneumoniae, le pneumocoque) est l’une des principales causes de morbidité et de mortalité dans le monde. Jusqu’à récemment, près de 100 sérotypes de S. pneumoniae ont été découverts 1,2,3,4,5,6,7. Chaque année, les pneumococcies invasives (IIP) font environ 700 000 morts chez les enfants de moins de 5 ans⁸. S. pneumoniae est la principale cause de pneumonie bactérienne, d’otite moyenne, de méningite et de septicémie dans le monde⁹.

Dans la ceinture africaine de la méningite, le sérotype 1 est responsable des flambées de méningite, où le type de séquence (ST) ST217, un type de séquence extrêmement virulent, est dominant 10,11,12,13,14,15. Son importance dans la pathologie de la méningite a été comparée à celle de Neisseria meningitidis dans la ceinture africaine de la méningite¹⁶. Le sérotype 1 est souvent la principale cause des IIP; Cependant, on le trouve très rarement en voiture. En fait, en Gambie, ce sérotype est responsable de 20% de toutes les maladies invasives, mais il n’a été trouvé que chez 0,5% des porteurs sains^14,17,18,19. L’échange génétique et la recombinaison chez les pneumocoques compétents se produisent généralement en portage plutôt qu’en cas de maladie invasive²⁰. De plus, il a été démontré que le sérotype 1 a l’un des taux de portage les plus courts décrits parmi les pneumocoques (seulement 9 jours). Par conséquent, il a été proposé que ce sérotype pourrait avoir un taux de recombinaison beaucoup plus faible que les autres²¹.

Des études approfondies sont nécessaires pour comprendre la raison du faible taux de portage des souches de sérotype 1 et son importance dans les maladies invasives en Afrique subsaharienne.

Nous rapportons ici un protocole qui permet la mutagénèse pangénomique d’une souche particulière de sérotype 1, 519/43. Cette souche peut facilement acquérir et recombiner un nouvel ADN dans son génome. Cette méthode n’est pas encore inter-déformation, mais elle est très efficace lorsqu’elle est réalisée en fond 519/43 (d’autres cibles ont été mutées, des manuscrits en préparation). En utilisant simplement la souche 519/43, en exploitant sa compétence naturelle, ainsi qu’en substituant la façon dont l’ADN exogène est fourni, nous avons pu muter le gène de la pneumolysine (pli) dans cette souche de sérotype 1. Cette méthode représente une amélioration par rapport à celle présentée par Harvey et ^coll.22 , car elle se fait en une seule étape sans qu’il soit nécessaire de faire passer l’ADN par un sérotype différent. Néanmoins, et en raison de la variabilité inter-déformation, aucune méthode n’a été normalisée pour toutes les souches. La capacité de muter des gènes spécifiques et d’observer ses effets permettra une compréhension approfondie des souches de S. pneumoniae de sérotype 1 et fournira des réponses sur le rôle de ces souches dans la méningite en Afrique subsaharienne.

Protocol

1. Génération de l’amplicon mutant par SOE-PCR23 et amplification de la cassette de spectinomycine Commencer par effectuer la PCR pour l’amplification des bras d’homologie (pli 5′ (488 pb) et pli3′ (715 pb) respectivement) des régions flanquantes du gène pli de la souche 519/43. Utilisez les amorces plyFw1_NOTI (TTT GCGGCCGCCAGTAAATGACTTTATACTAGCTATG), ply5’R1_BamHI (CGAAATATAGACCAAAGGACGC GGATCC AGAACCAAACTTGACCTTGA), ply3’F1_BamHI (TCAAGGTCAAGTTTGGTTCTGGATCC…

Representative Results

Le protocole décrit ici commence par l’utilisation de la PCR pour amplifier les bras d’homologie gauche et droit, tout en supprimant simultanément 191 pb de la région médiane du gène du pli . Lors de l’exécution de la PCR, un site BamHI est introduit au 3′ du bras d’homologie gauche et à l’extrémité 5′ du bras d’homologie droit (Figure 1A). Ceci est suivi par PCR-SOE où les bras d’homologie gauche et droite sont fusionnés en un amplicon (<strong class="xfig"…

Discussion

Streptococcus pneumoniae, en particulier le sérotype 1, continue d’être une menace mondiale causant des pneumococcies invasives et la méningite. Malgré l’introduction de divers vaccins qui devraient protéger contre le sérotype 1, en Afrique, ce sérotype est encore capable de provoquer des épidémies entraînant une morbidité et une mortalité élevées¹³. La capacité de manipuler génétiquement ce sérotype est d’une importance cruciale en raison de sa pertinence clinique…

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