Intrakraniell Subarachnoidal rutten av infektion för undersöker roller av Streptococcus suis biofilmer i hjärnhinneinflammation i en musmodell för infektion
Summary
Här beskriver vi intrakraniell subarachnoidal rutten av infektion hos möss att studera roller av biofilmer i Streptococcus suis meningit. Denna infektion modell passar också studerar patogenesen av andra Bakteriell meningit och effekten av nya läkemedel mot bakteriell meningit.
Abstract
Streptococcus suis är inte bara stora bakteriella patogener av svin i hela världen, men också en framväxande zoonotiskt agens. Människor och svin är meningit en viktig manifestation av S. suis infektioner. En lämplig infektion modell är ett viktigt verktyg att förstå mekanismerna av sjukdomar orsakade av patogener. Flera vägar av infektion i möss har utvecklats för att studera patogenesen av S. suis infektion. Intraperitoneal, intranasalt och intravenös vägar på infektion är dock inte lämplig för att studera S. suis ytan komponenter i hjärnhinneinflammation direkt i hjärnan, såsom den extracellular matrisen från biofilmer roller. Även om intracisternal inympning har använts för S. suis infektion, har exakt injektionsstället inte beskrivits. Här, beskrevs intrakraniell subarachnoidal rutten av infektion i en musmodell för att undersöka rollerna av biofilmer i S. suis meningit. S. suis plankton celler eller biofilm staten celler injicerades direkt i subaraknoidalrummet möss genom injektionsstället ligger 3,5 mm rostralt från bregma. Histopatologisk analys och ökat mRNA-uttryck av TLR2 och cytokiner av hjärnvävnad från möss som injicerats med biofilm staten celler anges tydligt att S. suis biofilm spelar slutgiltiga roller i S. suis meningit. Denna väg för infektion har uppenbara fördelar över andra vägar av infektion, möjliggör studiet av värd-bakterien interaktionen. Dessutom tillåter det effekten av bakteriella komponenter på värd immunsvar direkt i hjärnan för att bedömas, och härmar bakteriell hänrycka in i det centrala nervsystemet. Denna väg av infektion kan förlängas för att undersöka mekanismerna av hjärnhinneinflammation som orsakas av andra bakterier. Det kan dessutom också användas för att testa effekten av läkemedel mot bakteriell meningit.
Introduction
Streptococcus suis (S. suis) är stora bakteriella patogener av svin i världen, vilket orsakar svåra sjukdomar inklusive hjärnhinneinflammation, lunginflammation, septikemi, endokardit och artrit1. Det är också en framväxande zoonotiskt agens. Hittills har det rapporterats att nio serotyper kan orsaka infektion hos människa, inklusive serotyper 2, 4, 5, 9, 14, 16, 21, 24 och 312,3,4. Människor och svin är meningit en av de största kliniska tecknen på S. suis infektioner. I Vietnam och Thailand är S. suis den största orsaken till meningit hos vuxna5. Mikrobiell biofilmer är mikroorganismer som fäster vid varandra och är koncentrerade på ett gränssnitt; de är viktiga för bakteriell virulens, överlevnad i olika miljöer och antibiotikaresistens5. Biofilmer är oftast omgivna av en extracellulär matrix som generellt innehåller polysackarider, proteiner och DNA6. Det sistnämnda är kunna framkalla värd inflammatoriskt svar och cytokin produktion7. Biofilm bildning har rapporterats vara inblandade i streptokocker meningit i tidigare studier. Biofilmer bidra till Streptococcus agalactiae meningit i tilapia fisk modell och biofilm bildning har avslöjats inom hjärnans vävnader och runt meningeal ytor i vivo genom intraabdominella inympning8. Under meningit, Streptococcus pneumoniae är i en biofilm-liknande tillstånd och bakterier i sådan biofilm stat var effektivare för att framkalla meningit hos en mus infektion modell9. Dessutom i vår tidigare studie, biofilm staten är associerad med S. suis i mus hjärnan bidrar till bakteriell virulens av överlevnad analys10. Direkta bevis för biofilm inblandning i S. suis meningit kräver dock ytterligare utredning.
Djurmodeller av S. suis infektion har utvecklats hos möss med intraperitoneal (IP)11, intranasalt (i.n.)12, intravenös (i.v.)13och intracisternal (i.c.) rutter för infektion14, 15 , 16. i.p., i.n. och i.v. vägar på infektion är dock inte lämplig för att studera rollerna av S. suis ytan komponenter i hjärnhinneinflammation direkt i hjärnan. Dessa inkluderar extracellulär matrix från biofilmer. Även om i.c. inympningen användes för S. suis infektion, har exakt injektionsstället inte beskrivits i dessa papper. Däremot har de stereotaxic koordinaterna för injektionsstället för intrakraniell subarachnoidal inympningen tydligt beskrivits i en tidigare studie17. Detta gjorde det möjligt för enkel igenkänning av inokuleringspunkten och mer förenklade experimentellt protokoll. Dessutom härmar intrakraniell subarachnoidal rutten av infektion bakteriell hänrycka in i det centrala nervsystemet från bihålorna eller mellanörat17, och förhållandet mellan mellanörat och hjärnhinneinflammation orsakad av S. suis har påvisats genom Madsen et al18. Dessutom, genom att tillämpa intrakraniell subarachnoidal rutten av infektion hos möss, vi har visat att S. suis små RNA rss04 bidrar till hjärnhinneinflammation i vår tidigare studie10.
I förevarande studie, intrakraniell subarachnoidal rutten av infektion användes i möss för att undersöka rollerna av biofilmer i S. suis meningit. Möss var infekterade med plankton celler eller biofilm staten celler av S. suis av denna väg för infektion. Histopatologisk analys och ökat mRNA-uttryck av TLR2 och cytokiner från hjärnvävnaden hos möss som injicerats med biofilm staten celler tydligt anges att S. suis biofilm bidrar till hjärnhinneinflammation.
Protocol
Representative Results
Discussion
Intrakraniell subarachnoidal rutten av infektion som beskrivs här har uppenbara fördelar över andra vägar av infektion. Det gör att utredarna att studera värd-bakterien interaktionen och effekten av bakteriella komponenter på värd immunsvar direkt i hjärnan, som härma bakteriell hänrycka in i det centrala nervsystemet. Denna väg av infektion kan således förlängas för att undersöka mekanismerna av hjärnhinneinflammation som orsakas av andra bakterier. Det kan dessutom också användas för att testa effe…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöds av bidrag från nationella nyckel forskning och utveckling Program i Kina [2017YFD0500102]; Nationella naturvetenskapliga grunden för Kina [31572544]; Statliga centrala laboratoriet för veterinärmedicinska etiologisk biologi [SKLVEB2016KFKT005]; Shanghai jordbruk tillämpas teknik utveckling Program, Kina [G2016060201].
Materials
| Todd Hewitt Broth(THB) | Becton, Dickinson and Company | DF0492078 | Dissolve 30 g of the powder in 1 L of purified water. Autoclave at 121° for 15 min. |
| Agar | DSBIO | 16C0050 | Dissolve 15 g of the powder in 1 L of THB. Autoclave at 121° for 15 min. |
| Milli-Q Reference Water Purification System | Merck KGaA | Z00QSVCUS | Without Dnase/ Rnase |
| NaCl | Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd | 10019318 | Dissolve 8 g NaCl, 0.2 g KCl, 1.42 g Na2HPO3 , 0.27 g KH2PO4 in 1 L of purified water. Autoclave at 121° for 15 min. Use KOH to adjust pH to 7.4. |
| Na2HPO3 | Xilong Scientific Co., Ltd | 9009012-01-09 | Dissolve 8 g NaCl, 0.2 g KCl, 1.42 g Na2HPO3 , 0.27 g KH2PO4 in 1 L of purified water. Autoclave at 121° for 15 min. Use KOH to adjust pH to 7.4. |
| KCl | Xilong Scientific Co., Ltd | 9009017-01-09 | Dissolve 8 g NaCl, 0.2 g KCl, 1.42 g Na2HPO3 , 0.27 g KH2PO4 in 1 L of purified water. Autoclave at 121° for 15 min. Use KOH to adjust pH to 7.4. |
| KH2PO4 | Xilong Scientific Co., Ltd | 9009019-01-09 | Dissolve 8 g NaCl, 0.2 g KCl, 1.42 g Na2HPO3 , 0.27 g KH2PO4 in 1 L of purified water. Autoclave at 121° for 15 min. Use KOH to adjust pH to 7.4. |
| KOH | Xilong Scientific Co., Ltd | 9009014-01-09 | Dissolve 8 g NaCl, 0.2 g KCl, 1.42 g Na2HPO3 , 0.27 g KH2PO4 in 1 L of purified water. Autoclave at 121° for 15 min. Use KOH to adjust pH to 7.4. |
| Glycerol | Sionpharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10010618 | Diluted with equal volumu of purified water, autoclave at 121° for 15 min |
| 4% paraformaldehyde | Sionpharm Chemical Reagent Co., Ltd | 80096675 | |
| 25% Glutaraldehyde | Sionpharm Chemical Reagent Co., Ltd | 30092436 | 10-fold diluted with purified water for fixation. |
| Ethanol | Sionpharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10009218 | |
| Chloroform | Sionpharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10006818 | |
| Spctrophotometre | DeNovix Inc. | DS-11+ | |
| Ultrasound cell crusher | NingBo Scientz Biotechnology Co.,Ltd | JY96-IIN | |
| Centrifuge | Hitachi Koki Co., Ltd | CT15RE | |
| Refrigerator | Aucma Co., Ltd | DW-86L500 | |
| Scanning electron microscope | Zeiss | EVO-LS10 | |
| FastRNA Pro Green Kit | MP Biomedicals | #6045-050 | |
| FastPrep-24 Instrument | MP Biomedicals | 116005500 | |
| Instrument for PCR | SensoQuest GmbH | 1124310110 | |
| QuantStudio 6 Flex | Thermo Fisher Scientific | 4485689 | |
| SYBR Premix Ex Taq II | Takara Biomedical Technology (Beijing) Co., Ltd | RR820A | |
| PrimeScript RT reagent kit with gDNA Eraser | Takara Biomedical Technology (Beijing) Co., Ltd | RR047A | |
| Fully Enclosed Tissue Processor | Leica Biosystems Nussloch GmbH | ASP200S | |
| Heated Paraffin Embedding Module | Leica Biosystems Nussloch GmbH | EG1150H | |
| Semi-Automated Rotary Microtome | Leica Biosystems Nussloch GmbH | RM2245 | |
| Water bath for paraffin sections | Leica Biosystems Nussloch GmbH | HI1210 | |
| Autostainer XL | Leica Biosystems Nussloch GmbH | ST5010 | |
| Agilent 2100 | Agilent Technologies | G2939A | |
| Optical microscope | Olympus | BX51 |
Referências
- Gottschalk, M., Xu, J., Calzas, C., Segura, M. Streptococcus suis: a new emerging or an old neglected zoonotic pathogen?. Future Microbiology. 5, 371-391 (2010).
- Goyette-Desjardins, G., Auger, J. P., Xu, J., Segura, M., Gottschalk, M. Streptococcus suis, an important pig pathogen and emerging zoonotic agent-an update on the worldwide distribution based on serotyping and sequence typing. Emerging Microbes & Infections. 3 (6), e45 (2014).
- Kerdsin, A., et al. Emergence of Streptococcus suis serotype 9 infection in humans. Journal of Microbiology, Immunology and Infection. 50 (4), 545-546 (2017).
- Hatrongjit, R., et al. First human case report of sepsis due to infection with Streptococcus suis serotype 31 in Thailand. BMC Infect Diseases. 15, 392 (2015).
- Fittipaldi, N., Segura, M., Grenier, D., Gottschalk, M. Virulence factors involved in the pathogenesis of the infection caused by the swine pathogen and zoonotic agent Streptococcus suis. Future Microbiology. 7 (2), 259-279 (2012).
- Hall-Stoodley, L., Costerton, J. W., Stoodley, P. Bacterial biofilms: from the natural environment to infectious diseases. Nature Reviews Microbiology. 2 (2), 95-108 (2004).
- Fuxman Bass, J. I., et al. Extracellular DNA: a major proinflammatory component of Pseudomonas aeruginosa biofilms. Journal of Immunology. 184 (11), 6386-6395 (2010).
- Isiaku, A. I., et al. Biofilm is associated with chronic streptococcal meningoencephalitis in fish. Microbial Pathogenesis. 102, 59-68 (2017).
- Oggioni, M. R., et al. Switch from planktonic to sessile life: a major event in pneumococcal pathogenesis. Molecular Microbiology. 61 (5), 1196-1210 (2006).
- Xiao, G., et al. Streptococcus suis small RNA rss04 contributes to the induction of meningitis by regulating capsule synthesis and by inducing biofilm formation in a mouse infection model. Veterinary Microbiology. 199, 111-119 (2017).
- Dominguez-Punaro, M. C., et al. Streptococcus suis serotype 2, an important swine and human pathogen, induces strong systemic and cerebral inflammatory responses in a mouse model of infection. Journal of Immunology. 179 (3), 1842-1854 (2007).
- Seitz, M., et al. A novel intranasal mouse model for mucosal colonization by Streptococcus suis serotype 2. Journal of Medical Microbiology. 61 (Pt 9), 1311-1318 (2012).
- Busque, P., Higgins, R., Caya, F., Quessy, S. Immunization of pigs against Streptococcus suis serotype 2 infection using a live avirulent strain. Canadian Journal of Veterinary Research. 61 (4), 275-279 (1997).
- Williams, A. E., Blakemore, W. F. Pathology of Streptococcal meningitis following intravenous intracisternal and natural routes of infection. Neuropathology and Applied Neurobiology. 4 (4), 345-356 (1990).
- Dominguez-Punaro, M. C., et al. Severe cochlear inflammation and vestibular syndrome in an experimental model of Streptococcus suis infection in mice. European Journal of Clinical Microbiology & Infectious Diseases. 31 (9), 2391-2400 (2012).
- Auger, J. P., Fittipaldi, N., Benoit-Biancamano, M. O., Segura, M., Gottschalk, M. Virulence Studies of Different Sequence Types and Geographical Origins of Streptococcus suis Serotype 2 in a Mouse Model of Infection. Pathogens. 5 (3), (2016).
- Chiavolini, D., et al. Method for inducing experimental pneumococcal meningitis in outbred mice. BMC Microbiology. 4, 36 (2004).
- Madsen, L. W., Svensmark, B., Elvestad, K., Jensen, H. E. Otitis interna is a frequent sequela to Streptococcus suis meningitis in pigs. Veterinary Pathology. 38 (2), 190-195 (2001).
- Holden, M. T., et al. Rapid evolution of virulence and drug resistance in the emerging zoonotic pathogen Streptococcus suis. PLoS One. 4 (7), e6072 (2009).
- Dominguez-Punaro Mde, L., et al. In vitro characterization of the microglial inflammatory response to Streptococcus suis, an important emerging zoonotic agent of meningitis. Infection and Immunity. 78 (12), 5074-5085 (2010).
- Hassan, A., et al. Evaluation of different detection methods of biofilm formation in the clinical isolates. Brazilian Journal of Infectious Diseases. 15 (4), 305-311 (2011).
- Vanier, G., et al. New putative virulence factors of Streptococcus suis involved in invasion of porcine brain microvascular endothelial cells. Microbial Pathogenesis. 46 (1), 13-20 (2009).
- Takeuchi, D., et al. The contribution of suilysin to the pathogenesis of Streptococcus suis meningitis. Journal of Infectious Diseases. 209 (10), 1509-1519 (2014).
- Tenenbaum, T., et al. Polar bacterial invasion and translocation of Streptococcus suis across the blood-cerebrospinal fluid barrier in vitro. Cellular Microbiology. 11 (2), 323-336 (2009).
