בחינת פנוטיפים מארח ב<em> Affinis Gambusia</em> בעקבות טיפול אנטיביוטי
Summary
מחקר זה כלל שיטות לחשוף תופעות על שורת דגי המודל הבאה שינוי בהרכב קהילות Microbiome עור בטן באמצעות אנטיביוטיקה.
Abstract
The commonality of antibiotic usage in medicine means that understanding the resulting consequences to the host is vital. Antibiotics often decrease host microbiome community diversity and alter the microbial community composition. Many diseases such as antibiotic-associated enterocolitis, inflammatory bowel disease, and metabolic disorders have been linked to a disrupted microbiota. The complex interplay between host, microbiome, and antibiotics needs a tractable model for studying host-microbiome interactions. Our freshwater vertebrate fish serves as a useful model for investigating the universal aspects of mucosal microbiome structure and function as well as analyzing consequential host effects from altering the microbial community. Methods include host challenges such as infection by a known fish pathogen, exposure to fecal or soil microbes, osmotic stress, nitrate toxicity, growth analysis, and measurement of gut motility. These techniques demonstrate a flexible and useful model system for rapid determination of host phenotypes.
Introduction
זה כבר נקבע כי אנטיביוטיקה יכולה לשבש את Microbiome האדם שמוביל dysbiosis, כלומר חוסר איזון קהילת חיידקים. שינוי ההלחנה של החיידקים לאחר טיפול אנטיביוטי הוכח להפחית את המגוון של הקהילה, להפחית אנשי מפתח, וכן לשנות את חילוף חומרי קהילה, במיוחד במעיים 1, 2. הפרעה אנטיביוטיה של Microbiome הבטן יכולה להפחית התנגדות קולוניזציה כדי Clostridium difficile 3, 4 ו סלמונלה 5.
בנוסף, השיבוש של החיידקים נקשר להתפתחות רבות תסמונות ומחלות בבני אדם (למשל, אנטיביוטיקה הקשורים enterocolitis, מחלות מעי דלקתיות, מחלות מטבוליות, וכו.). אנטיביוטיקה גם מיושמת נרחבת בחקלאות כמו מקדמי צמיחה בייצור בעלי חיים ועופות 6. השימוש של כלים רבי עוצמה אלה אינו נטול תופעות בטחונות, אשר בא לידי ביטוי בעלייה מהירה של עמידות לאנטיביוטיקה, כמו גם את ההשפעות של Microbiome שיבשו יש עם המארח מאוכלס שלה. מחקרים רבים הראו כי שימוש באנטיביוטיקה רחב טווח יש ארוכת השלכות קיימא המבנה והתפקוד של החיידקים, אך תופעות הלוואי מן הפיסיולוגיה מארח להשפיע לאנטיביוטיקה שבשה Microbiome הם ספקולציות בלבד שטרם להיתמך.
משחק הגומלין בין מארחת, חיידקים, ואנטיביוטיקה הוא רחוק מלהיות מובן בצורה תמציתית. לכן, מודל פשוט יותר צייתן יתרון שפיכת אור על מערכת יונקים המורכבת ביותר. משטחים ריריים בבני אדם, כולל הבטן, נמל הצפיפות והמגוון ביותר של חיידקים, וגם אינטראקציות חיידק המארח האינטימיות ביותר. Microbiome העור הרירי של ים הצעות דגיםיתרונות everal כמערכת מודל. כליל הגרמי (הדגים גרמיים) הוא אחת השושלות המוקדמות לסטות כמשמעותו החוליות שיש teleosts הוא המולד רכשה מערכת חיסונית כי יש שיתוף התפתח יחסים עם קהילות חיידקי commensal 7. מניות עור דגי מאפיינים רבים עם משטחים ריריים סוג 1 של יונקים, כגון תפקודים גופניים, רכיבים חסינים ועל ארגונו של תאים מייצרי ליחה 8. המיקום החיצוני של משטח עור דג הרירי מציע Microbiome קל לתפעל מדגם הניסיון.
גמבוזיה מצויה המערבי, affinis Gambusia (ג affinis), הוא דג מודל, שבו נעשה שימוש בעבר ללימוד ההזדווגות ואת הרעלים 9, 10, 11. בהתחשב בגודל הקטן, שפע אוכלוסייה בטבע כמו מין פולש, מ ' טיפול עלות inimal, והטבע הארדי, פתחנו ג affinis כמודל Microbiome רירי. יתר על כן, Gambusia לשתף הפיזיולוגיה של הלידה לחיות צעירים עם יונקים היולדת צאצאים חיים, שהוא נדיר ב מיני דגים. אנחנו השלמנו את המחקר המקיף ביותר בעת חיידקים נורמלים עור דג באמצעות 16S פרופיל עם Gambusia 12. עבודה נוספת הפגינו שלוש השפעות שליליות על למארח הבא שיבוש של החיידקים בעור הבטן באמצעות 13 אנטיביוטיקה רחבת טווח.
חמישה אפקטים שונים נבחנו הדג לאחר חשיפה לאנטיביוטיקה. היתרון המארח ביותר שהוקם היטב של Microbiome הוא הרחקה תחרותית של פתוגנים. Ictaluri דגים הפתוגן Edwardsiella ידוע כגורם התפרצויות של הרעלת דם מעיים בחוות שפמנון מסחרי 14. גם א ictaluri הוכח קטלני להדביק דג זברהclass = "Xref"> 15, 16 ו Gambusia 17. אתגר עם הפתוגן מעמודת המים יכול לשמש כאמצעי של דרה. לשם השוואה כדי רגישות פתוגן פרט, ההישרדות במהלך חשיפת צפיפות גבוהה של אורגניזמים מעורבים גם בוצעה. צואה ואדמה אורגני עשיר שימשו כמקורות-בדרך נתקל של קהילות מיקרוביאלי.
תפקיד נוסף נוסד קהילת בטן חיידקי המבצעת הנו קציר עיבוד אנרגיה מזין, ובכך להשפיע על הספיגה תזונתית הכוללת עבור המארחת. כתוצאת מדידת ברוטו של תזונה, משקל גוף דגים הושווה לפני ואחרי חודש אחד של שהאכיל תזונה סטנדרטית. אנטיביוטי שטופל דגים כממוצעים ירד במשקל בעוד דגים מלאים בממוצע עלו במשקל במהלך החודש. המנגנון זה חוסר העלייה במשקל אינו ברור. אחת גורם תורם אפשרי הוא זמן המעבר של המזון במעי. מוטי GIשיטת lity הותאם מתוך דג הזברה (אדם עשיר, SUNY Brockport, תקשורת אישית) כדי לקבוע את זמן המעבר. זה טרם נקבע אם דגים שטופל באנטיביוטיקה יש זמן מעבר שינה.
אתגר משותף חווה בסביבה הטבעית על ידי כל היצורים, במיוחד הדגים, הוא מתח האוסמוטי. Gambusia הוכחו לאמץ במהירות בחריפות הדגיש בריכוזים גבוהים של מליחות 18. באופן מפתיע, דגים עם Microbiome לאנטיביוטיקה שינתה הציג וריד הישרדות על מתח מלח גבוה. מנגנון פנוטיפ הרומן הזה נמצא תחת חקירה. עוד מתח משותף על בעלי חיים ימיים, במיוחד באקווריומים, הוא צורות רעילות של חנקן (אמוניה, ניטראט, ו ניטריט). הישרדות נגד חנקתי לא היה שונה משמעותית בין דגים אנטיביוטי שטופלו ושליטה. השיטות שהוצגו בכתב היד הזה יכול לשמש עם אורגניזמים Gambusia או מודל דגים דומים, כגון זברהדגים medaka, למדוד פנוטיפים בדגים הבאים מניפולציה ניסויית.
Protocol
Representative Results
Discussion
אתגרים מסוימים דורשים תקופת מנוחה ב APW הנקי לאחר טיפול אנטיביוטי עבור התרופה להיות מדולדלת ברקמות דגים. אם תקופת המנוחה הוא דילג אז הנוכחות אנטיביוטי יכול לבלבל את התוצאות, במיוחד כאשר assay כרוכה בחשיפה חיידקים. על מנת לבחון את ההשפעות מתוך רכב Microbiome שינה ללא שינויים ג…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This project was partially funded by a FAST (Faculty and Student Team) Award to TPP and JMC from EURECA (Center for Enhancing Undergraduate Research Experiences and Creative Activities) at Sam Houston State University.
Materials
| Rifampicin | Calbiochem | 557303-1GM | |
| Sodium Nitrate | Sigma Aldrich | S5506 | |
| Fluorescein-labeled 70 kDa anionic dextran | ThermoFisher Scientific | D1823 | |
| PBS tablets | Calbiochem | 6500-OP | tablets dissolve in water to make phosphate-buffered saline |
References
- Panda, S., et al. Short-Term Effect of Antibiotics on Human Gut Microbiota. PloS ONE. 9 (4), 95476 (2014).
- Perez-Cobas, A. E., et al. Gut microbiota disturbance during antibiotic therapy: a multi-omic approach. Gut. 62 (11), 1591-1601 (2013).
- Theriot, C. M., Young, V. B. Microbial and metabolic interactions between the gastrointestinal tract and Clostridium difficile infection. Gut Microbes. 5 (1), 86-95 (2014).
- Buffie, C. G., et al. Precision microbiome reconstitution restores bile acid mediated resistance to Clostridium difficile. Nature. 517, 205-208 (2015).
- Sekirov, I., et al. Antibiotic-Induced Perturbations of the Intestinal Microbiota Alter Host Susceptibility to Enteric Infection. Infect Immun. 76 (10), 4726-4736 (2008).
- Looft, T., Allen, H. K. Collateral effects of antibiotics on mammalian gut microbiomes. Gut Microbes. 3 (5), 463-467 (2012).
- Magnadottir, B. Innate immunity of fish. Fish Shellfish Immunol. 20 (2), 137-151 (2006).
- Gomez, D., Sunyer, J., Salinas, I. The mucosal immune system of fish: the evolution of tolerating commensals while fighting pathogens. Fish Shellfish Immunol. 35 (6), 1729-1739 (2013).
- Nunes, B., et al. Acute Effects of Tetracycline Exposure in the Freshwater Fish Gambusia holbrooki: Antioxidant Effects, Neurotoxicity and Histological Alterations. Arch Environ Contam Toxicol. 68 (2), 331-381 (2014).
- Fryxell, D. C., et al. Sex ratio variation shapes the ecological effects of a globally introduced freshwater fish. Proc Biol Sci. , 22 (2015).
- Nunes, B., Miranda, M. T., Correia, A. T. Absence of effects of different types of detergents on the cholinesterase activity and histological markers of mosquitofish (Gambusia holbrooki) after a sub-lethal chronic exposure. Environ Sci Pollu Res Int. , 1-8 (2016).
- Leonard, A. B., et al. The Skin Microbiome of Gambusia affinis Is Defined and Selective. Adv Microbiol. 4, 335-343 (2014).
- Carlson, J. M., Hyde, E. R., Petrosino, J. F., Manage, A. B. W., Primm, T. P. The host effects of Gambusia affinis with an antibiotic-disrupted microbiome. Comp Biochem Physiol C Toxicol Pharmacol. 178, 163-168 (2015).
- Karsi, A., Gulsoy, N., Corb, E., Dumpala, P. R., Lawrence, M. L. High-throughput bioluminescence-based mutant screening strategy for identification of bacterial virulence genes. Appl Environ Microbiol. 75 (7), 2166-2175 (2009).
- Hawke, J. P., et al. Edwardsiellosis caused by Edwardsiella ictaluri in Laboratory Populations of Zebrafish Danio rerio. J Aquat Anim Health. 25 (3), 171-183 (2013).
- Petrie-Hanson, L., et al. Evaluation of Zebrafish Danio rerio as a Model for Enteric Septicemia of Catfish (ESC). J Aquat Anim Health. 19 (3), 151-158 (2007).
- Fultz, R. S., Primm, T. P. A Laboratory Module for Host-Pathogen Interactions: America’s Next Top Model. J. Microbiol. Biol. Educ. 11, (2010).
- Uliano, E., Cataldi, M., Carella, F., Migliaccio, O., Iaccarino, C. Effects of acute changes in salinity and temperature on routine metabolism and nitrogen excretion in gambusia (Gambusia affinis) and zebrafish (Danio rerio). Comp Biochem Physiol A. 157, 283-290 (2010).
- Shotts, E. B., Waltman, W. D. A medium for the selective isolation of Edwardsiella ictaluri. J Wildl Dis. 26, 214-218 (1990).
- Under animal toxicity studies, sodium chloride entry. TOXNET – Hazardous Substances Data Bank Available from: https://toxnet.nlm.nih.gov/ (2016)
- Under animal toxicity studies, sodium nitrate entry. TOXNET – Hazardous Substances Data Bank Available from: https://toxnet.nlm.nih.gov/ (2016)
- Under animal toxicity studies, sodium nitrite entry. TOXNET – Hazardous Substances Data Bank Available from: https://toxnet.nlm.nih.gov/ (2016)
- Vilz, T. O., et al. Functional Assessment of Intestinal Motility and Gut Wall Inflammation in Rodents: Analyses in a Standardized Model of Intestinal Manipulation. J Vis Exp. (67), e4086 (2012).
- Katoh, H. International Harmonization of Laboratory Animals. National Research Council (US) International Committee of the Institute for Laboratory Animal Research. Microbial Status and Genetic Evaluation of Mice and Rats: Proceedings of the 1999 US/Japan Conference. , (2000).
