צמיחת סטפילוקוקוס אוראוס באמצעות ההמוגלובין אנושי כמקור ברזל
Summary
כאן אנו מתארים assay צמיחה<em> סטפילוקוקוס אוראוס</em> באמצעות ההמוגלובין כמקור היחידי של ברזל תזונתי זמין. בדיקה זו קובעת את התפקיד של גורמי חיידקים המעורבים ברכישת ברזל המוגלובין נגזר.
Abstract
ס aureus הוא חיידק הפתוגני שדורש ברזל כדי למלא תפקידים מטבוליים חיוניים ובגורמים למחלות. המאגר העשיר ביותר של ברזל בתוך המארח האנושי הוא heme, שהוא cofactor של המוגלובין. לרכישת ברזל מהמוגלובין, ס סטפילוקוקוס מנצל מערכת מורכבת ידועה כגורם המשטח ברזל המוסדר (ISD) 1 המערכת. מרכיבי ההמוגלובין ISD המערכת הראשון לאגד המארח, ואז לחלץ ולייבא heme, ולבסוף לשחרר ברזל ממקור צמחי בציטופלסמה החיידקים 2,3. מסלול זה כבר נתח באמצעות מספר רב של מחקרים במבחנת 4-9. יתר על כן, תרומתה של מערכת ISD לזיהום הודגמה שוב ושוב במודלי עכבר 8,10-14. הקמת התרומה של מערכת ISD לרכישת ברזל המוגלובין-נגזר וצמיחה הוכיחה להיות יותר מאתגר. מבחני צמיחה באמצעות ההמוגלובין כמקור ברזל בלעדי מסובכים בy חוסר היציבות של המוגלובין הזמין מסחרי, מזהם ברזל חופשי במדיום הגידול, והרעילות הקשורה chelators ברזל. כאן אנו מציגים שיטה המתגברת על מגבלות אלה. המוגלובין באיכות הגבוהה מוכן מדם טרי ומאוחסן בחנקן נוזלי. המוגלובין מטוהר הוא בתוספת ברזל לימוצה בינוני מחקה את סביבת ברזל העניים נתקלה ידי פתוגנים בתוך מארח החוליות. על דרך רעבה ס סטפילוקוקוס של ברזל חופשי ולהשלים עם צורת מניפולציות מינימאליות של המוגלובין נזרז את הצמיחה באופן שתלוי לחלוטין ביכולת לקשור המוגלובין, לחלץ heme, יעבור heme דרך מעטפת תא החיידק ולבזות heme בציטופלסמה. assay זה יהיה שימושי לחוקרים המבקשים להבהיר את המנגנונים של רכישת הברזל hemoglobin-/heme-derived בס סטפילוקוקוס ואולי חיידקים פתוגנים אחר.
Protocol
Representative Results
Discussion
ברזל הוא חומר מזין חיוני הנדרש על ידי אורגניזמים מכל הממלכות של 15 חיים. בבעלי חוליות, ברזל מבודד את להימנע מרעילות הנגרמת על ידי רכיב זה. תפיסה זו גם מסתירה ברזל מפלישת חיידקים בתהליך המכונה חסינות תזונתית 16. בתגובה, פתוגנים התפתחו אסטרטגיות עוקפות חסינות …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה נתמך על ידי מענקים בארה"ב שירות בריאות ציבור AI69233 וAI073843 מהמכון הלאומי לאלרגיה ומחלות זיהומיות. EPS הוא עמית בורוז Wellcome בפתוגנזה של מחלות זיהומיות. קמ"ש מומן על ידי התאית ומולקולרית מיקרוביולוגיה הדרכת מענק תכנית 5 T32 A107611-10.
Materials
| Name of Reagent/Material | Company | Catalogue Number | Comments |
| HPLC anion exchange column | Varian | PL1551-3802 | |
| Drabkin’s reagent | Sigma | D5941-6VL | |
| Hemoglobin standard | Pointe Scientific | H7506-STD | |
| RPMI | HyClone | SH30011.02 | |
| Chelex 100 sodium form | Sigma | C7901 | |
| EDDHA | LGC Standards GmbH | ANC 001 | |
| Hemoglobin a antibody | Santa Cruz Biotechnology, Inc | SC-21005 | |
| Tryptic soy agar | BD | 236920 |
References
- Mazmanian, S., et al. Passage of heme-iron across the envelope of Staphylococcus aureus. Science. 299, 906-909 (2003).
- Pishchany, G., Skaar, E. P. Taste for blood: hemoglobin as a nutrient source for pathogens. PLOS Pathogens. 8, e1002535 (2012).
- Haley, K. P., Skaar, E. P. A battle for iron: host sequestration and Staphylococcus aureus acquisition. Microbes and infection. Institut Pasteur. 14, 217-227 (2012).
- Krishna Kumar, K., et al. Structural basis for hemoglobin capture by Staphylococcus aureus cell-surface protein. IsdH. The Journal of biological chemistry. 286, 38439-38447 (2011).
- Grigg, J. C., Mao, C. X., Murphy, M. E. Iron-coordinating tyrosine is a key determinant of NEAT domain heme transfer. Journal of Molecular Biology. 413, 684-698 (2011).
- Villareal, V. A., et al. Transient weak protein-protein complexes transfer heme across the cell wall of Staphylococcus aureus. Journal of the American Chemical Society. 133, 14176-14179 (2011).
- Muryoi, N., et al. Demonstration of the iron-regulated surface determinant (Isd) heme transfer pathway in Staphylococcus aureus. J. Biol. Chem. 283, 28125-28136 (2008).
- Reniere, M. L., Skaar, E. P. Staphylococcus aureus haem oxygenases are differentially regulated by iron and haem. Mol. Microbiol. 69, 1304-1315 (2008).
- Liu, M., et al. Direct hemin transfer from IsdA to IsdC in the iron-regulated surface determinant (Isd) heme acquisition system of Staphylococcus aureus. J. Biol. Chem. 283, 6668-6676 (2008).
- Pishchany, G., et al. Specificity for human hemoglobin enhances Staphylococcus aureus infection. Cell Host Microbe. 8, 544-550 (2010).
- Pishchany, G., Dickey, S. E., Skaar, E. P. Subcellular localization of the Staphylococcus aureus heme iron transport components IsdA and IsdB. Infect. Immun. 77, 2624-2634 (2009).
- Torres, V. J., Pishchany, G., Humayun, M., Schneewind, O., Skaar, E. P. Staphylococcus aureus IsdB is a hemoglobin receptor required for heme iron utilization. J. Bacteriol. 188, 8421-8429 (2006).
- Kim, H. K., et al. IsdA and IsdB antibodies protect mice against Staphylococcus aureus abscess formation and lethal challenge. Vaccine. 28, 6382-6392 (2010).
- Cheng, A. G., et al. Genetic requirements for Staphylococcus aureus abscess formation and persistence in host tissues. Faseb J. 23, 3393-3404 (2009).
- Andreini, C., Bertini, I., Cavallaro, G., Holliday, G. L., Thornton, J. M. Metal ions in biological catalysis: from enzyme databases to general principles. J. Biol. Inorg. Chem. 13, 1205-1218 (2008).
- Weinberg, E. D. Iron availability and infection. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – General Subjects. 1790, 600-605 (2009).
- Drabkin, D. Metabolism of the Hemin Chromoproteins. Physiological Reviews. 31, 345-431 (1951).
- Graversen, J. H., Madsen, M., Moestrup, S. K. CD163: a signal receptor scavenging haptoglobin-hemoglobin complexes from plasma. The international journal of biochemistry & cell biology. 34, 309-314 (2002).
- Torres, V. J., et al. Staphylococcus aureus Fur regulates the expression of virulence factors that contribute to the pathogenesis of pneumonia. Infect. Immun. 78, 1618-1628 (2010).
- Hammer, N. D., Skaar, E. P. Molecular Mechanisms of Staphylococcus aureus Iron Acquisition. Annu. Rev. Microbiol. , (2011).
- Hurd, A. F., et al. The iron-regulated surface proteins IsdA, IsdB, and IsdH are not required for heme iron utilization in Staphylococcus aureus. Fems. Microbiology Letters. 329, 93-100 (2012).
- Boys, B. L., Kuprowski, M. C., Konermann, L. Symmetric behavior of hemoglobin alpha- and beta- subunits during acid-induced denaturation observed by electrospray mass spectrometry. Biochemistry. 46, 10675-10684 (2007).
- Williams, R. C., Tsay, K. Y. A convenient chromatographic method for the preparation of human hemoglobin. Analytical Biochemistry. 54, 137-145 (1973).
- Shen, T. J., et al. Production of unmodified human adult hemoglobin in Escherichia coli. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 90, 8108-8112 (1993).
- Manjula, B. N., Acharya, S. A. Purification and molecular analysis of hemoglobin by high-performance liquid chromatography. Methods Mol. Med. 82, 31-47 (2003).
- Neilands, J. B. Microbial envelope proteins related to iron. Annual review of microbiology. 36, 285-309 (1982).
- Chart, H., Buck, M., Stevenson, P., Griffiths, E. Iron regulated outer membrane proteins of Escherichia coli: variations in expression due to the chelator used to restrict the availability of iron. Journal of General Microbiology. 132, 1373-1378 (1986).
- Rogers, H. J. Iron-Binding Catechols and Virulence in Escherichia coli. Infection and Immunity. 7, 445-456 (1973).
