הדמיה לא פולשנית של התגובה החיסונית המולדת בדגם דג הזברה הזחל של<em> Streptococcus iniae</em> זיהום

Summary

Here, we present a protocol for the generation and imaging of a localized bacterial infection in the zebrafish otic vesicle.

Abstract

הפתוגן המימי, Streptococcus iniae, אחראי ליותר מ -100 מיליון דולרים בהפסדים שנתי לתעשיית החקלאות הימית ומסוגל לגרום למחלה מערכתית בשני דגים ובני אדם. הבנה טובה יותר של ס ' היווצרות המחלה iniae דורשת מערכת מודל מתאימה. נְהִילוּת הגנטית והשקיפות האופטית של שלבי התפתחות המוקדמים של דג הזברה מאפשרות ההדמיה הדור ולא פולשנית של קווים מהונדסים עם fluorescently מתויג תאי מערכת חיסון. המערכת החיסונית אדפטיבית אינה מתפקדת באופן מלא עד מספר שבועות לאחר הפריה, אבל יש לי זחלי דג הזברה מערכת חיסון מולדת חוליות נשמרים עם שני נויטרופילים ומקרופגים. כך, הדור של מודל זיהום זחל מאפשר הלימוד של התרומה הספציפית של מערכת חיסון מולדת בשליטה S. זיהום iniae.

האתר של microinjection יקבע אם זיהום הואמערכתי או מקומי בתחילה. כאן, אנו מציגים הפרוטוקולים שלנו להזרקת otic שלפוחית ​​של 2-3 ימים לאחר הפריה בגיל דג הזברה, כמו גם הטכניקות שלנו להדמית confocal ניאון של זיהום. אתר זיהום מקומי מאפשר תצפית של פלישת חיידק ראשונית, גיוס של תאי מארח והפצה של זיהום. הממצאים שלנו תוך שימוש במודל זחל דג הזברה של ס ' זיהום iniae מצביע על כך שדג זברה יכולה לשמש כדי לבחון את התרומות השונות של נויטרופילים ומקרופגים מארח בזיהומים חיידקיים מקומיים. בנוסף, אנו מתארים כיצד photolabeling של תאי מערכת חיסון יכול לשמש כדי לעקוב אחר גורל תא מארח בודד במהלך הזיהום.

Introduction

Streptococcus iniae הוא פתוגן המימי גדול, כי הוא מסוגל לגרום למחלות מערכתיות בשני דגים ובני אדם ^1. בעוד ש ' iniae אחראי להפסדים גדולים בתעשיית החקלאות הימית, הוא גם פתוגן zoonotic פוטנציאלי, מסוגל לגרום למחלה באדם מארחי מדוכאי חיסון עם פתולוגיות קליניות דומות לאלו הנגרמים על ידי פתוגנים אנושיים סטרפטוקוקלי אחרים. בהתחשב בדמיון שלה עם פתוגנים אנושיים, חשוב ללמוד S. היווצרות המחלה iniae בהקשר של מארח טבעי. מודל דג הזברה מבוגרת של ס ' זיהום iniae חשף חדירה חזקה של לויקוציטים מארח לאתר המקומי של זיהום, כמו גם זמן מהיר לארח מוות, זמן קצר מדי כדי לערב את המערכת החיסונית אדפטיבית ^7. כדי לזכות במבט מעמיק לתוך התגובה החיסונית המולדת S. iniae זיהום in vivo, יש צורך להשתמש במודל שהוא יותר נוח לnעל-פולשני הדמיה לחיות.

יש דג הזברה הזחל מספר היתרונות שהופכים אותו מודל חוליות אטרקטיבי יותר ויותר ללימוד אינטראקציות מארח הפתוגן. דג הזברה היא יחסית זולה וקלים לשימוש ולתחזוקה בהשוואה לדגמים של יונקים. החסינות מסתגלת היא לא פונקציונלי בוגרת עד 4-6 שבועות לאחר הפריה, אבל יש לי זחלי מערכת חיסון מולדת חוליות השמורות ביותר עם ​​השלמה, Toll-like receptors, ציטוקינים, ונויטרופילים ומקרופגים עם יכולות מיקרוביאלית כולל phagocytosis ופרץ הנשימה ^{2-6, 8-11.} בנוסף, נְהִילוּת הגנטית והשקיפות אופטית של השלבים העובריים וזחל של פיתוח לאפשר לדור של קווים מהונדסים יציבים עם תאים חיסוניים שכותרתו fluorescently כך שניתן לבחון אינטראקציות מארח הפתוגן בזמן אמת in vivo. הדור של קווים מהונדסים אלה באמצעות חלבון photoconvertible כגון Dendra2 מאפשר מעקב ממוצא תא מארח וגורל אדם במהלך הזיהום ^12.

בעת פיתוח מודל זיהום זחל דג הזברה, האתר הנבחר של microinjection יקבע אם זיהום הוא בתחילה מקומי או מערכתי. זיהומי דם מערכתיים לוריד הזנב או Duct של קיביה הם נפוצים ביותר ללמוד פתוגנים חיידקים בדג זברה ושימושיים לחקר אינטראקציות בין מארח ותאי חיידקים, תגובות ציטוקינים, והבדלים בארסיות בין זני הפתוגן. למיקרואורגניזמים צומחים לאט יותר, הזרקה מוקדם לצק החלמון של עובר בשלב 16-1,000 התא יכולה לשמש כדי ליצור זיהום מערכתי ^13,14, עם השלב ההתפתחותי האופטימלי עבור microinjection של מיקרואורגניזם גדל לאט מצא להיות בין שלב 16-128 תא ^15. עם זאת, חלמון זריקות שק של חיידקים רבים בשלבים מאוחר יותר של התפתחות מארח נוטה להיות קטלני לtהוא יארח בשל הסביבה עשירה בחומרים המזינים לחיידקים וחוסר חדירה לויקוציטים ^16-18.

זיהום מקומי גורם בדרך כלל להגירה בבימויו של לויקוציטים לאתר של זיהום שניתן לכמת בקלות עם הדמיה לא פולשנית. סוג זה של זיהום יכול לאפשר לנתיחה של המנגנונים אשר מתווכים הגירה לויקוציטים, כמו גם חקירה של יכולות נדידה וphagocytic שונות של אוכלוסיות שונות לויקוציטים. זיהומים מקומיים שימושיים גם כאשר בוחנים הבדלים בארסיות בין זני חיידקים, כמו גם לימוד מנגנוני פלישת חיידק מאז מחסומי מארח פיזיים צריכים לעבור לזיהום מקומי להפוך מערכתי. דג הזברה גדלות בדרך כלל בטמפרטורות של C ° 25-31 ^19, אבל הם גם יכולים להישמר בטמפרטורות גבוהות ככל C ° 34-35 ללימודים של הפולשנות של פתוגנים אנושיים מסוימים עם דרישות קפדניות טמפרטורהלארסיות ^{20, 21.}

אתרים רבים ושונים המשמשים ליצירת זיהום חיידקים בתחילה מקומי כוללים החדר למוח האחורי ^22, שרירים גב זנב ^18, חלל קרום הלב ^23, ושלפוחית ​​otic (אוזן) ^{5, 16, 24.} עם זאת, זה כבר נמצא הזרקה של חיידקים לתוך שריר זנב יכול לגרום נזק לרקמות ועצמאי דלקת של החיידקים, שעלול להטות את תוצאות כאשר חוקרים תגובה לויקוציטים ^13. למרות שפחות נזק קשור להזרקה למוח האחורי ולמרות שזה בהתחלה נטול לויקוציטים בעוברים צעירים, החדר למוח האחורי בהתמדה זוכה תאים חיסוניים יותר לאורך זמן כמו מיקרוגליה להשתכן. החדר למוח האחורי הוא גם מיקום קשה יותר לתמונה. שלפוחית ​​otic היא חלל חלול סגור ללא גישה ישירה למערכת כלי הדם ^{25, 26.} זה בדרך כלל נטול Leukocytes, אבל leukocytes ניתן לגייס לשלפוחית ​​otic בתגובה לגירויים דלקתיים כגון דלקת. כמו כן, אתר מועדף של microinjection של חיידקים בתוך 2-3 ימים לאחר הפריה דג הזברה גיל (DPF) בגלל הקלות של הדמיה ויזואליזציה של ההזרקה. לכן, בחרנו שלפוחית ​​otic כאתר של זיהום חיידקים המקומי שלנו.

Protocol

דג הזברה מבוגר והעוברי נשמרה בהתאם לאוניברסיטה ויסקונסין-מדיסון מחקר משאבי בעלי החיים המרכז. 1. הכנת Microinjection מחטים הכן מחטים דק קיר הזרקת נימי זכוכית (OD 1.0 / 0.75 ID) באמצעות מכשיר חולץ…

Representative Results

Microinjection של ס ' תוצאות iniae לתוך שלפוחית ​​otic (איור 1 ואיור 2) בתגובת מארח תחילה מקומית. כאשר הוא מוזרק בצורה נכונה, יש לראות את החיידקים רק בשלפוחית ​​otic ולא ברקמה או דם שמסביב. זה יכול להיות דמיין במהלך microinjection באמצעות צבע אדום פנול (איור 1 א).</str…

Discussion

שיטת ההדבקה משמשת כאן היא שימושית עבור המחקר של התגובה החיסונית המארח לזיהום בתחילה מקומי ב2-3 עוברים וזחלי DPF. מוקד גירוי דלקתי, כגון זיהום, בחלל סגור כגון שלפוחית ​​otic מאפשר לחקר chemotaxis נויטרופילים ומקרופאג וphagocytosis. אזהרה אחת של הזרקת חיידקים לתוך שלפוחית ​​otic היא ?…

Materials

1.7 ml eppendorfs	MidSci	AVSS1700
14 ml falcon tube	BD Falcon	352059
27 G x 1/2 in. needle	BD Biosciences	305109
96 well plate	Corning Incorporated	3596
Agar	BD Biosciences	214030
CellTracker Red	Molecular Probes, Invitrogen	C34552
CNA agar	Dot Scientific, Inc	7126A
Disposable transfer pipets	Fisher Scientific	13-711-7m
Dissecting Scope	Nikon	SMZ745
DMSO	Sigma Aldrich	D2650
Ethanol 200 proof	MDS	2292
Fine tweezers	Fine Science Tools	11251-20
Gel comb	VWR	27372-482	4.2 mm width, 1.5 mm thick
Glass bottom dishes			Custom made by drilling a 16–18 mm hole in the center of a 35-mm tissue culture dish bottom and placing a 22-mm round #1 coverslip in the hole and sealing with a thin layer of Norland Optical Adhesive 68 cured by UV light.
Glycerol	Fisher Scientific	G33-4
High melt agarose	Denville Scientific, Inc.	CA3510-6
Hydrogen peroxide	Fisher Scientific	H325
Laser Scanning Confocal Microscope	Olympus	with FV-1000 system
Low melt agarose	Fisher	BP165-25
Magnetic stand	Tritech (Narishige)	GJ-1
Microinjection system	Parker	Picospritzer III
Microloader pipet tips	Eppendorf	930001007
Micromanipulator	Tritech (Narishige)	M-152
Micropipette puller	Sutter Instrument Company	Flaming/Brown P-97
Nanodrop spectrophotmeter	Thermo Scientific	ND-1000
N-Phenylthiourea (PTU)	Sigma aldrich	P7629
Paraformaldheyde	Electron Microscopy Sciences	15710
Petri Dishes	Fisher Scientific	FB0875712	100 mm x 15 mm
Phenol	Sigma Aldrich	P-4557
Phenol Red	Ricca Chemoical Company	572516
Phosphate Buffered Saline	Fisher Scientific	BP665-1
Potassium hydroxide	Sigma Aldrich	P-6310
Pronase	Roche	165921
Protease peptone	Fluka Biochemika	29185
Small cell culture dish	Corning Incorporated	430165	35 mm x 10 mm
Sudan Black	Sigma Aldrich	S2380
Thin wall glass capillary injection needles	World Precision Instruments, Inc.	TW100-3
Todd Hewitt	Sigma Aldrich/Fluka Analytical	T1438
Tricaine (ethyl 3-aminobenzoate)	Argent Chemical Laboratory/Finquel	C-FINQ-UE-100G
Triton X-100	Fisher Scientific	BP151-500
Tween 20	Fisher Scientific	BP337-500
Yeast extract	Fluka Biochemika	92144