בעקבות בזמן אמת השפעת גורמי דלקת ריאות ארסיים בעכבר דלקת ריאות דגם אקוטי באמצעות חיידקי Bioluminescent
Summary
Streptococcus pneumoniae הוא פתוגן המוביל גורם לדלקת ריאות שנרכשה בקהילה קשה ואחראית ליותר מ -2 מיליון מקרי מוות ברחבי העולם. ההשפעה של גורמי חיידקים מעורבים בכושר או ארסיות יכולה להיות במעקב בזמן אמת במודל דלקת ריאות או בקטרמיה עכבר אקוטי באמצעות חיידקי bioluminescent.
Abstract
דלקת ריאות היא אחת הבעיות הגדולות הבריאות במדינות מתפתחים ומתועשות והיא קשורה עם תחלואה ותמותה ניכרות. למרות התקדמות בידע של מחלה זו, הזמינות של יחידות לטיפול נמרץ (ICU), והשימוש בסוכני מיקרוביאלית חזקים וחיסונים יעילים, שיעורי התמותה עדיין גבוהים 1. Streptococcus pneumoniae הוא פתוגן המוביל של דלקת ריאות שנרכשה בקהילה (CAP) ואחת הסיבות השכיחות ביותר של קטרמיה בבני אדם. פתוגן זה מצויד בארסנל של adhesins משטח חשוף וגורמים ארסי תורמים לדלקת ריאות ומחלת ריאות פולשנית (IPD). ההערכה של תפקיד vivo של גורמי כושר או ארסי חיידקים היא בעל חשיבות עליונה לפענח ס מנגנוני פתוגניות דלקת ריאות. מודלים עכבריים של דלקת ריאות, בקטרמיה, ודלקת קרום מוח נמצאים בשימוש כדי לקבוע את ההשפעה של גורמי דלקת ריאות בdifferent שלבים של הזיהום. כאן אנו מתארים פרוטוקול לפקח בהפצת דלקת ריאות בזמן אמת בעכברים לאחר אפי או זיהומי intraperitoneal עם חיידקי bioluminescent. התוצאות מראות כפל והפצת pneumococci בדרכי נשימה התחתונה ודם, אשר ניתן דמיינו והוערכו באמצעות מערכת הדמיה וניתוח התוכנה הנלווית.
Introduction
זיהומים בדרכי נשימה הנגרמים על ידי וירוסים או חיידקים נשארים אחת בעיות הקהילה רכשה או קליניות הנפוצות ביותר בעולם גורמות כלשליש מכל המוות בכל עולם. מיני החיידקים העיקריים הם Haemophilus influenzae וStreptococcus pneumoniae 2. עם זאת, מיני חיידקים אלה הם בדרך כלל מרכיבים משותפים של הצמחייה בדרכי נשימה הטבעית. כך מרכבת חיידקים גם היא מסיכון מסוים למחלה פולשנית ובהתאם למצב או נטיות של יחידים חיסוניים. קולוניזציה אסימפטומטיים מופעלת לזיהומים פולשניים. Streptococcus pneumoniae הוא פתוגן המוביל של דלקת ריאות שנרכשו בקהילה (CAP) ואחד הגורמים השכיחים ביותר של קטרמיה בבני אדם. אצל אנשים בריאים ס pneumoniae (pneumococci) הם לעתים קרובות מתיישבים ללא תסמינים ובלתי מזיקים של דרך הנשימה העליונה, שבו הם מתמודדים עם חיידקי nonpathogenicשל צמחיית תושב, אלא גם עם פתוגנים כגון spp Haemophilus. או Staphylococcus aureus והשורה הראשונה של מערכת ההגנה החיסונית של האדם. שיעורי מרכבה הם הגבוהים ביותר בילדים צעירים (37%) ואף גבוהים יותר במעונות יום צפופות (58%) 3-5. האוכלוסייה הצעירה והקשישים, שקיבל את pneumococcus באמצעות שידור תרסיס מנישאים ופרשות האף והלוע 6, שייכות לקבוצות סיכון הגבוה וחיסון באמצעות אחת מהחיסונים המצומד pneumococcal (PCV10 או PCV13 בילדים וPPSV23 פוליסכריד 23 הערכי במבוגרים) מומלץ בארצות הברית (ארה"ב) ומדינות רבות באירופה 4. PPSV23 מכסה קפסיד אחראים ל~ 90% מהמחלות bacteremic pneumococcal בארה"ב ובאירופה, מניעת מחלות ובכך יעילות פולשנית pneumococcal (IPD) במבוגרים, בעוד PCVs לכסות קפסיד הנפוץ ביותר בילדים. כתוצאה מכך, IPD בשל סוגי חיסון (VT) הוא Reduקפסיד CED אבל nonvaccine מוצגות פוטנציאל אלימות גבוה ועמידות לאנטיביוטיקה צמחו 4,7-12. לוע האף כמאגר הוא הנקודה מוצא לpneumococci להתפשט להסינוסים או אוזני אמצע ייזום זיהומים מקומיים מזיקים. יותר חשוב, pneumococci להפיץ ישירות דרך דרכי הנשימה אל הסימפונות וריאות וכתוצאה מכך CAP סכנת החיים 4,13. דלקות ריאה הם מלווים לעתים קרובות ברקמות והרס מכשול, וכך לאפשר את הפתוגן להתפשט לדם וגורם לIPD. מקרים של CAP וIPD הם הגבוהים ביותר באנשים מדוכאי חיסון או על הקצוות של גיל 4,13. הנסיבות אחראי להמרה מcommensal לפתוגן עם ארסיות גבוהה הן עדיין תחת דיון. עם זאת, מלבד שינויים ברגישות המארח והסתגלות אבולוציונית מלווה באלימות גבוהה יותר והעלייה בהתנגדויות אנטיביוטיקה הוצעו להיות השפעה מכרעת על PNEזיהומי umococcal 14-16.
הפתוגן הוא ניחן בריבוי adhesins תיווך מגע אינטימי לריריים תאי האפיתל. לאחר ההתגברות על הליחה בדרכי הנשימה, דלקת ריאות היצמדות לתאי מארח היא הקלה על דרך אינטראקציות ישירות של adhesins משטח חשוף עם קולטנים תאיים ועל ידי ניצול רכיבי מטריצה תאיים או חלבונים בסרום כגישור מולקולות 4,17,18. פתוגנים כתכליתיים pneumococci מצוידים גם עם גורמים מעורבים בהתחמקות ממנגנוני הגנת מארחת חיסונית. יתר על כן, יש להם את היכולת להסתגל לחוגי מארח שונים, כגון ריאות, דם ונוזל השדרה (CSF), בהתאמה 5,17,19,20.
ההשפעה של גורמי חיידקים על תגובות פתוגנזה ומארח דלקתי הוא נחקר במודלים של בעלי חיים ניסיוני של דלקת ריאות, בקטרמיה, או דלקת קרום המוח 21-25. למרות היותו הפתוגן אנושי, המודלים האלה הם אנחנומבוסס ll לפענח כמיהות pneumococcal רקמות, מנגנוני אלימות, או protectivity של מועמדי חיסון נגד דלקת ריאות. הרקע הגנטי של זנים טהורים עכבר קובע את הרגישות לpneumococci. עכברי BALB / ג intranasally נגוע בpneumococci נמצאו להיות עמיד, ואילו עכברי CBA / Ca וSJL היו רגישים יותר נגד זיהומי pneumococcal 22. משמעות הדבר הוא כי, בדומה לבני אדם, הרקע הגנטי ומנגנוני הגנת המארח לקבוע את התוצאה של הזיהום. לפיכך, מאמצים נוספים נדרשים כדי לפענח לוקוסי התנגדות בגנום של עכברים פחות רגישים לזיהומים pneumococcal. הממצאים הובילו לשינויים בin vivo פרוטוקולי ארסיות. במקום עכברי BALB / ג טהורים משמשים לעתים קרובות בעבר, זני העכבר רגישים מאוד CD-1/MF1 outbred כיום הם משמשים לעתים קרובות כדי לחקור את ההשפעה של ארסיות אובדן-of-פונקצית ריאות או כושר גורמי 26-28. יתר על כן, על הזמינותשל pneumococci bioluminescent וטכניקות הדמיה אופטיות מאפשרת bioimaging פליטת אור בזמן אמת של זיהומים. בpneumococci הקלטת מותאמת luxABCDE הגן (פלסמיד Paul-r luxABCDE ק"מ Tn 4001) הוכנסה לאתר אינטגרציה יחיד של כרומוזום ידי mutagenesis transposon. pneumococci bioluminescent להיות מועסק על מנת להעריך את הנחתה של מוטציות pneumococcal החסרות בגורמים ארסי או כושר וטרנסלוקציה שלהם מאתר אחד אנטומיים ל26,28-31 אחר.
כאן אנו מספקים פרוטוקול לbioimaging של דלקות ריאות בדלקת ריאות עכבריות או מודל אלח דם. הגברה והפצה של pneumococci bioluminescent בעכברי intranasally או intraperitoneally נגועים בקלות יכולות להיות במעקב לאורך זמן באמצעות מערכת הדמיה אופטית והחיה אותו בנקודות זמן שונות.
Protocol
Representative Results
Discussion
כל הניסויים שנערכו בבעלי חיים צריכים להיות מאושרים על ידי הרשויות המקומיות וועדות אתיקה. בניסויי in vivo זיהום עומס החיידקים בנישות המארח השונות של בעלי חיים נגועים צריך להיקבע בנקודות זמן שונות לאחר פגיעה. תחת תנאי ניסויים אלה בעלי החיים צריכים להיות מוקרבים ?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר במעבדה נתמכה על ידי מענקים מ( DFG HA 3125/3-2, DFG HA 3125/4-2) והמשרד הפדרלי לחינוך ולמחקר (BMBF) Genomics זיהום רפואי (FKZ 0315828A) לSH.
Materials
| Todd Hewitt broth | Carl Roth, Karlsruhe, Germany | X936.1 | |
| Yeast extract | Carl Roth, Karlsruhe, Germany | 2363.2 | |
| Blood agar plates | Oxoid, Wesel, Germany | PB5039A | |
| Kanamycin | Carl Roth, Karlsruhe, Germany | T832.2 | |
| Erythromycin | Sigma-Aldrich,Taufkirchen, Germany | E6376 | |
| fetal bovine serum (FBS) | PAA Laboratories, Coelbe, Germany | A11-151 | |
| CD-1 mice, female | Charles River, Sulzfeld, Germany | CD1SIFE06W08W | female CD-1 mice, six to eight weeks old |
| Ketamin 500mg, Curamed injection solution | Schwabe-Curamed, Karlsruhe, Germany | ||
| Rompun 2%, injection solution | Bayer Animal Health, Monheim, Germany | ||
| BD Plastipak 1 ml syringes | Becton Dickinson, Heidelberg, Germany | 300015 | sterile Luer-Lok™ syringes with needle |
| Gel Loader Tips | peqlab | 81-13790 | MµltiFlex™ Tips |
| Hyaluronidase | Sigma-Aldrich | H3884-100mg | Hyaluronidase Type IV-S from Bovine test |
| Oxygen | Air Liquide, Düsseldorf, Germany | M1001L50R2A001 | |
| Isofluoran | Baxter, Unterschleißheim, Germany | ||
| pGEM-T Easy | Promega, Mannheim, Germany | ||
| Oligonucleotides | Eurofins MWG, Ebersberg, Germany | ||
| Qiaprep Spin Midiprep Kit | Qiagen, Hilden, Germany | 27104 | |
| PCR DNA purification kit | Qiagen, Hilden, Germany | 28106 | |
| Equipment | |||
| Living Image 4.1 software | Caliper Life Sciences/PerkinElmer, Rodgau, Germany | ||
| XGI-8 Gas Anesthesia System | Caliper Life Sciences/PerkinElmer, Rodgau, Germany | ||
| IVIS Spectrum Imaging System | Caliper Life Sciences/PerkinElmer, Rodgau, Germany | ||
| Biophotometer | Eppendorf AG, Hamburg, Germany |
Referências
- Niederman, M. S., et al. Guidelines for the management of adults with community-acquired pneumonia. Diagnosis, assessment of severity, antimicrobial therapy, and prevention. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 163, 1730-1754 (2001).
- WHO, The global burden of disease: 2004 update. World Health Organization. , (2008).
- Bogaert, D., et al. Colonisation by Streptococcus pneumoniae and Staphylococcus aureus in healthy children. Lancet. 363, 1871-1872 (2004).
- Gamez, G., Hammerschmidt, S. Combat pneumococcal infections: adhesins as candidates for protein-based vaccine development. Curr. Drug Targets. 13, 323-337 (2012).
- Mook-Kanamori, B. B., Geldhoff, M., vander Poll, T., Dvan de Beek, D. Pathogenesis and pathophysiology of pneumococcal meningitis. Clin. Microbiol. Rev. 24, 557-591 (2011).
- Musher, D. M. How contagious are common respiratory tract infections. N. Engl. J. Med. 348, 1256-1266 (2003).
- Brueggemann, A. B., Pai, R., Crook, D. W., Beall, B. Vaccine escape recombinants emerge after pneumococcal vaccination in the United States. PLoS Pathog. 3, (2007).
- Munoz-Almagro, C., et al. Emergence of invasive pneumococcal disease caused by nonvaccine serotypes in the era of 7-valent conjugate vaccine. Clin. Infect. Dis. 46, 174-182 (2008).
- Whitney, C. G. Impact of conjugate pneumococcal vaccines. Pediatr. Infect. Dis. J. 24, 729-730 (2005).
- Whitney, C. G., et al. Decline in invasive pneumococcal disease after the introduction of protein-polysaccharide conjugate vaccine. N. Engl. J. Med. 348, 1737-1746 (2003).
- Lynch, J. P., Zhanel, G. G. Streptococcus pneumoniae: epidemiology and risk factors, evolution of antimicrobial resistance, and impact of vaccines. Curr. Opin. Pulm. Med. 16, 217-225 (2010).
- Singleton, R. J., et al. Invasive pneumococcal disease caused by nonvaccine serotypes among Alaska native children with high levels of 7-valent pneumococcal conjugate vaccine coverage. JAMA. 297, 1784-1792 (2007).
- Dockrell, D. H., Whyte, M. K., Mitchell, T. J. Pneumococcal pneumonia: mechanisms of infection and resolution. Chest. 142, 482-491 (2012).
- Lieberman, T. D., et al. Parallel bacterial evolution within multiple patients identifies candidate pathogenicity genes. Nat. Genet. 43, 1275-1280 (2011).
- Yang, J., Tauschek, M., Robins-Browne, R. M. Control of bacterial virulence by AraC-like regulators that respond to chemical signals. Trends Microbiol. 19, 128-135 (2011).
- Young, B. C., et al. Evolutionary dynamics of Staphylococcus aureus during progression from carriage to disease. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 109, 4550-4555 (2012).
- Kadioglu, A., Weiser, J. N., Paton, J. C., Andrew, P. W. The role of Streptococcus pneumoniae virulence factors in host respiratory colonization and disease. Nat. Rev. Microbiol. 6, 288-301 (2008).
- Voss, S., Gamez, G., Hammerschmidt, S. Impact of pneumococcal microbial surface components recognizing adhesive matrix molecules on colonization. Mol. Oral Microbiol. 27, 246-256 (2012).
- Koppe, U., Suttorp, N., Opitz, B. Recognition of Streptococcus pneumoniae by the innate immune system. Cell. Microbiol. 14, 460-466 (2012).
- Paterson, G. K., Mitchell, T. J. Innate immunity and the pneumococcus. Microbiology. 152, 285-293 (2006).
- Gerber, J., et al. A mouse model of Streptococcus pneumoniae meningitis mimicking several features of human disease. Acta Neuropathol. 101, 499-508 (2001).
- Gingles, N. A., et al. Role of genetic resistance in invasive pneumococcal infection: identification and study of susceptibility and resistance in inbred mouse strains. Infect. Immun. 69, 426-434 (2001).
- Holmes, A. R., et al. The pavA gene of Streptococcus pneumoniae encodes a fibronectin-binding protein that is essential for virulence. Mol. Microbiol. 41, 1395-1408 (2001).
- Koedel, U., Klein, M., Pfister, H. W. New understandings on the pathophysiology of bacterial meningitis. Curr. Opin. Infect. Dis. 23, 217-223 (2010).
- Medina, E. Murine model of pneumococcal pneumonia. Methods Mol. Biol. 602, 405-410 (2010).
- Hartel, T., et al. Impact of glutamine transporters on pneumococcal fitness under infection-related conditions. Infect. Immun. 79, 44-58 (2011).
- Hermans, P. W., et al. The streptococcal lipoprotein rotamase A (SlrA) is a functional peptidyl-prolyl isomerase involved in pneumococcal colonization. J. Biol. Chem. 281, 968-976 (2006).
- Jensch, I., et al. PavB is a surface-exposed adhesin of Streptococcus pneumoniae contributing to nasopharyngeal colonization and airways infections. Mol. Microbiol. 77, 22-43 (2010).
- Kadioglu, A., et al. Pneumococcal protein PavA is important for nasopharyngeal carriage and development of sepsis. Mol. Oral Microbiol. 25, 50-60 (2010).
- Orihuela, C. J., Gao, G., Francis, K. P., Yu, J., Tuomanen, E. I. Tissue-specific contributions of pneumococcal virulence factors to pathogenesis. J. Infect. Dis. 190, 1661-1669 (2004).
- Francis, K. P., et al. Visualizing pneumococcal infections in the lungs of live mice using bioluminescent Streptococcus pneumoniae transformed with a novel gram-positive lux transposon. Infect. Immun. 69, 3350-3358 (2001).
- Basavanna, S., et al. The effects of methionine acquisition and synthesis on Streptococcus pneumoniae growth and virulence. PLoS One. 8, (2013).
- Hartel, T., et al. Characterization of central carbon metabolism of Streptococcus pneumoniae by isotopologue profiling. J. Biol. Chem. 287, 4260-4274 (2012).
- Hammerschmidt, S., et al. The host immune regulator factor H interacts via two contact sites with the PspC protein of Streptococcus pneumoniae and mediates adhesion to host epithelial cells. J. Immunol. 178, 5848-5858 (2007).
- Voss, S., et al. The choline-binding protein PspC of Streptococcus pneumoniae interacts with the C-terminal heparin-binding domain of vitronectin. J. Biol. Chem. , (2013).
- Cartwright, K. Pneumococcal disease in western Europe: burden of disease, antibiotic resistance and management. Eur. J. Pediatr. 161, 188-195 (2002).
- vander Linden, M., Al-Lahham, A., Nicklas, W., Reinert, R. R. Molecular characterization of pneumococcal isolates from pets and laboratory animals. PLoS One. 4, (2009).
- Brehm, , et al. Sequence of the adenine methylase gene of the Streptococcus faecalis plasmid pAM beta 1. Nucleic Acids Res. 15, 3177 (1987).
