JoVE Journal > Immunology and Infection
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Automatic Translation
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Immunology and Infection

פענוח ופתוגנזה הדמיה והשתרגות<em> Abscessus Mycobacterium</em> בעוברי דג הזברה

Published: September 09, 2015
doi:
10.3791/53130
, , , , ,
1Dynamique des Interactions Membranaires Normales et Pathologiques, CNRS, UMR 535,Université Montpellier, 2Centre d’études d’agents Pathogènes et Biotechnologies pour la Santé, CNRS, FRE 3689,Université Montpellier, 3Unité de Formation et de Recherche des Sciences de la Santé, EA3647-EPIM,Université Versailles St Quentin

Summary

Optically transparent zebrafish embryos are widely used to study and visualize in real time the interactions between pathogenic microorganisms and the innate immune cells. Micro-injection of Mycobacterium abscessus, combined with fluorescence imaging, is used to scrutinize essential pathogenic features such as cord formation in zebrafish embryos.

Abstract

Zebrafish (Danio rerio) embryos are increasingly used as an infection model to study the function of the vertebrate innate immune system in host-pathogen interactions. The ease of obtaining large numbers of embryos, their accessibility due to external development, their optical transparency as well as the availability of a wide panoply of genetic/immunological tools and transgenic reporter line collections, contribute to the versatility of this model. In this respect, the present manuscript describes the use of zebrafish as an in vivo model system to investigate the chronology of Mycobacterium abscessus infection. This human pathogen can exist either as smooth (S) or rough (R) variants, depending on cell wall composition, and their respective virulence can be imaged and compared in zebrafish embryos and larvae. Micro-injection of either S or R fluorescent variants directly in the blood circulation via the caudal vein, leads to chronic or acute/lethal infections, respectively. This biological system allows high resolution visualization and analysis of the role of mycobacterial cording in promoting abscess formation. In addition, the use of fluorescent bacteria along with transgenic zebrafish lines harbouring fluorescent macrophages produces a unique opportunity for multi-color imaging of the host-pathogen interactions. This article describes detailed protocols for the preparation of homogenous M. abscessus inoculum and for intravenous injection of zebrafish embryos for subsequent fluorescence imaging of the interaction with macrophages. These techniques open the avenue to future investigations involving mutants defective in cord formation and are dedicated to understand how this impacts on M. abscessus pathogenicity in a whole vertebrate.

Introduction

abscessus Mycobacterium הוא הפתוגן מתעוררים שגורם ספקטרום רחב של תסמונות קליניות בבני אדם. אלה כוללים זיהומים עוריים, כמו גם זיהומי ריאות כרוניים קשים, בעיקר נתקלו במדוכאי חיסון וחולי סיסטיק פיברוזיס 1,2,3,4. מ ' abscessus גם נחשב למינים צומחים במהירות גדול mycobacterial אחראים לזיהומי nosocomial וiatrogenic בבני אדם. יתר על כן, לאחרונה פורסם מספר מחקרים הדגישו את האפשרות שמ ' abscessus יכול לחצות את מחסום דם-המוח ולגרום לנגעים חשובים במערכת העצבים המרכזית (CNS) 5,6. למרות היותו מגדל מהיר, מ ' תערוכות abscessus גם כמה תכונות פתוגניים הקשורים לאלה של שחפת Mycobacterium, כולל היכולת לשתוק במשך שנים בתוך מבני granulomatous וליצור נגעי caseous בריאות 7. יותר מדאיג היא סן הנמוכהsitivity של מ ' abscessus לאנטיביוטיקה, טיוח זיהומים אלה קשים מאוד לטיפול מוביל לשיעור כישלון טיפולי משמעותי 8,9. האיום החשוב של מין זה הוא בעיקר התנגדותו הפנימית לאנטיביוטיקה, אשר היא דאגה מרכזית במוסדות בריאות ציבוריים 10 ונגד להשתלת ריאה 11.

מציג abscessus מ morphotypes מושבה (R) חלק (S) או מחוספס שיובילו לתוצאות קליניות שונות. בניגוד למתח S, יש לי חיידקי R נטייה לגדול קצה לקצה, שהוביל לחבל או כמו חוט-מבנה 12,13. מספר מחקרים עצמאיים המבוססים על מודלים או סלולריים או בעלי חיים גילו את הפנוטיפ היפר-האלימות של R morphotype 14,15. ממחקרים אפידמיולוגיים, במקרים החמורים ביותר של מ ' זיהומי ריאות abscessus מופיעים להיות מזוהים עם R גרסאות 16 שהגרסה היחידה שכבר ראה להתמיד במשך שנים במארח נגוע 3. הבדל morphotype מסתמך על הנוכחות (בS) או הפסד (בR) של glycopeptidolipids הקשורים משטח (GPL) 12. עם זאת, בשל המגבלות המובנות של הדגמים סלולריים / בעלי החיים הזמינים המשמש כיום ללמוד מ ' זיהום abscessus, הידע שלנו על אירועי pathophysiological של גרסאות R או S נותר מעורפל. זיהום של עכברים חיסוניים מוסמכת באמצעות נתיבים תוך ורידי או תרסיס מוביל להתישבות ארעית, המעכב את השימוש בעכברים ללמוד זיהומים מתמשכים ולin vivo בדיקת רגישות לסמים 17. לכן, פיתוח מודלים של בעלי חיים ניתנים למניפולציה של תגובת המארח הוא אתגר גדול. בהקשר זה, מודלים שאינם יונקים של זיהום פותחו לאחרונה, כולל דרוזופילה melanogaster 18 שמציעה מספר יתרונות כגון עלות, מהירות וo קבילות האתיתVer מודל העכבר. מודל דג הזברה (Danio rerio) של זיהום גם נחקר לדמיין, על ידי הדמיה לא פולשנית, ההתקדמות והכרונולוגיה של מ ' זיהום abscessus בחי 19. חשוב לציין, הוכחה של קונספט הוקמה גם כדי להדגים את התאמתה לin vivo הערכות אנטיביוטיות נגד מ ' abscessus 17,20.

דג הזברה הייתה בשימוש נרחב בשני העשורים האחרונים ללמוד את יחסי הגומלין בין פתוגנים שונים והמערכת החיסונית מארח 21. ההצלחה הגוברת של מודל חוליות חלופה זו מסתמכת על הזדמנויות גדולות וייחודיות שהניעו ומאומתים השימוש בו להבנה טובה יותר של זיהומים נגיפיים וחיידקיים רבים 19,22,23,24,25,26,27,28,29. בניגוד למרבית המודלים של בעלי החיים האחרים, עוברי דג הזברה הם שקופים אופטי, המאפשרים הדמיה הקרינה בלתי פולשני 30. זה חהשעות הובילו ללמוד מ ' abscessus נגוע עוברי דג הזברה עם פרטים חסרי תקדים, שהגיע לשיא עם התיאור של cording תאי, המייצג דוגמא לגמישות מורפולוגיים בקטריאלי. Cording מייצג מנגנון חדש של חתרנות של מערכת החיסון ומנגנון מפתח קידום פתוגנזה של מ 'החריף זיהום abscessus 19.

דו"ח זה מתאר כלים ושיטות חדשים באמצעות עובר דג הזברה לפענח את תכונות pathophysiological של מ ' abscessus זיהום וללמוד את יחסי הגומלין ההדוקים בין מערכת החיסון המולדת החיידקים ו. ראשית, פרוטוקול microinjection מפורט הכולל עיבוד של הבידוד החיידקים, הכנת עובר, וזיהום כשלעצמו, מוצג. שיטות מותאמות במיוחד כדי להעריך מ ' ארסיות abscessus על ידי מדידת פרמטרים שונים, כגון הישרדות מארח וניטל חיידקים, מוצגות. דגש מיוחד יינתן לאופןכדי לפקח, ברמת spatiotemporal, הגורל והתקדמות של הזיהום ואת התגובה החיסונית מארח למ ' abscessus באמצעות מיקרוסקופ וידאו. יתר על כן, כדי לחקור את התרומה ואת התפקיד של מקרופאגים במ ' abscessus זיהום, שיטות להפקת מקרופאגים מדולדלים עוברים (תוך שימוש בגישות או genetically- או מבוססות כימי) מתוארים. לבסוף, פרוטוקולים כדי להמחיש את האינטראקציות הספציפיות עם מקרופאגים או נויטרופילים או באמצעות עוברים קבועים או חיים מתועדים.

מטרת דו"ח זה היא לעורר מחקרים נוספים כדי לשפוך אור חדש לתוך מ ' מנגנוני abscessus אלימות ובמיוחד את התפקיד של cording בהקמת תהליך זיהום חריף ובלתי מבוקר.

Protocol

הפרוצדורות דג הזברה לעמוד בתקנות מוסדיות וממשלתיות הרלוונטיות. לצורך המחקר הנוכחי, ניסויי דג הזברה נעשו במונפלייה האוניברסיטה, על פי הנחיות של האיחוד האירופי לטיפול בחיות מעבדה (http://ec.europa.eu/environment/chemicals/lab_animals/home_en.htm) ואושרו על פי ההתייחסות CEEA-LR-13007. <p class="jove_title" style=";t…

Representative Results

למרות שניתן להזריק אתרים אנטומיים שונים 32, זריקות וריד הזנב משמשים לעתים קרובות כדי ליצור זיהום מערכתי לניתוחים שלאחר מכן, כולל ניסויי הישרדות, נחישות נטל חיידקים, פעילות phagocytosis או היווצרות חוט. זריקות בשרירי הזנב משמשות להעריך את הגיוס של מקרופאגים באתר ההזרק…

Discussion

דג הזברה התפתחה לאחרונה כמערכת מודל חוליות מצוינת ללימוד הדינמיקה של זיהום חיידקים באמצעות שדה רחב והדמיה confocal בזמן אמת 36. השילוב של מתלים התפזרו mycobacterial (פרוטוקול 2.2) יחד עם שיטות הזרקת מיקרו (פרוטוקול 4) מאפשר זיהומים לשחזור מערכתיים, ולאחר מכן ניטור והדמיה של ?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

המחברים מודים לק Kissa לדיונים מועילים ולמתן Lipo-clodronate ול 'Ramakrishnan למתנה הנדיבה של pTEC27 וpTEC15 המאפשרים ביטוי של tdTomato וואסאבי, בהתאמה. חלק צורות עבודה זו של הפרויקטים של הסוכנות הלאומית למחקר הצרפתי (ANR ZebraFlam-10-MIDI-009 וDIMYVIR ANR-13-BSV3-007-01) ותכנית המסגרת השביעית של הקהילה האירופית (FP7-אנשים-2011-ITN) על פי הסכם מענק לא. PITN-GA-2011-289209 להדרכה ראשונית רשת FishForPharma מארי קירי-. אנו מאחלים גם להודות לאיגוד גרגורי Lemarchal וVaincre La Mucoviscidose (RF20130500835) למימון CM דופון.

Materials

BBL MGIT PANTA BD Biosciences 245114
Bovine Serum Albumin  Euromedex 04-100-811-E
Catalase from Bovine Liver  Sigma-Aldrich C40
Difco Middlebrook 7H10 Agar BD Biosciences 262710
Difco Middlebrook 7H9 Broth BD Biosciences 271310
Ethyl 3-aminobenzoate methanesulfonate salt (Tricaine) Sigma-Aldrich A5040
Oleic Acid Sigma-Aldrich O1008
Paraformaldehyde Delta Microscopie 15710
Phenol Red Sigma-Aldrich 319244
Tween 80 Sigma-Aldrich P4780
Agar Gibco Life Technologie 30391-023
Low melting agarose Sigma-Aldrich
Instant Ocean Sea Salts  Aquarium Systems Inc
Borosilicate glass capillaries  Sutter instrument Inc BF100-78-10 1mm O.D. X 0.78 mm I.D.
Micropipette puller device  Sutter Instrument Inc Flamming/Brown Micropipette Puller p-87
Microinjector Tritech Research  Digital microINJECTOR, MINJ-D
Tweezers Sciences Tools inc Dumont # M5S 
Microloader Tips Eppendorf
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Brown-Elliott, B. A., Wallace, R. J. Clinical and taxonomic status of pathogenic nonpigmented or late-pigmenting rapidly growing mycobacteria. Clinical Microbiology Reviews. 15 (4), 716-746 (2002).
  2. Aitken, M. L., Limaye, A., et al. Respiratory outbreak of Mycobacterium abscessus subspecies massiliense in a lung transplant and cystic fibrosis center. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 185 (2), 231-232 (2012).
  3. Gilljam, M., Lindblad, A., Ridell, M., Wold, A. E., Welinder-Olsson, C. Molecular epidemiology of Mycobacterium abscessus, with focus on cystic fibrosis. Journal of Clinical Microbiology. 45 (5), 1497-1504 (2007).
  4. Roux, A. -. L., Catherinot, E., et al. Multicenter study of prevalence of nontuberculous mycobacteria in patients with cystic fibrosis in France. Journal of Clinical Microbiology. 47 (12), 4124-4128 (2009).
  5. Lee, M. -. R., Cheng, A., et al. CNS infections caused by Mycobacterium abscessus complex: clinical features and antimicrobial susceptibilities of isolates. The Journal of Antimicrobial Chemotherapy. 67 (1), 222-225 (2012).
  6. Talati, N. J., Rouphael, N., Kuppalli, K., Franco-Paredes, C. Spectrum of CNS disease caused by rapidly growing mycobacteria. The Lancet Infectious Diseases. 8 (6), 390-398 (2008).
  7. Medjahed, H., Gaillard, J. -. L., Reyrat, J. -. M. Mycobacterium abscessus: a new player in the mycobacterial field. Trends in Microbiology. 18 (3), 117-123 (2010).
  8. Griffith, D. E., Girard, W. M., Wallace, R. J. Clinical features of pulmonary disease caused by rapidly growing mycobacteria. An analysis of 154 patients. The American Review of Respiratory Disease. 147 (5), 1271-1278 (1993).
  9. Nessar, R., Cambau, E., Reyrat, J. M., Murray, A., Gicquel, B. Mycobacterium abscessus: a new antibiotic nightmare. The Journal of Antimicrobial Chemotherapy. 67 (4), 810-818 (2012).
  10. Sanguinetti, M., Ardito, F., et al. Fatal pulmonary infection due to multidrug-resistant Mycobacterium abscessus a patient with cystic fibrosis. Journal of Clinical Microbiology. 39 (2), 816-819 (2001).
  11. Griffith, D. E., Aksamit, T., et al. An official ATS/IDSA statement: diagnosis, treatment, and prevention of nontuberculous mycobacterial diseases. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 175 (4), 367-416 (2007).
  12. Howard, S. T., Rhoades, E., et al. Spontaneous reversion of Mycobacterium abscessus a smooth to a rough morphotype is associated with reduced expression of glycopeptidolipid and reacquisition of an invasive phenotype. Microbiology (Reading, England). 152 (Pt 6), 1581-1590 (2006).
  13. Chardi, A., Olivares, F., Byrd, T. F., Julián, E., Brambilla, C., Luquin, M. Demonstration of cord formation by rough Mycobacterium abscessus variants: implications for the clinical microbiology laboratory. Journal of Clinical Microbiology. 49 (6), 2293-2295 (2011).
  14. Byrd, T. F., Lyons, C. R. Preliminary characterization of a Mycobacterium abscessus mutant in human and murine models of infection. Infection and Immunity. 67 (9), 4700-4707 (1999).
  15. Catherinot, E., Clarissou, J., et al. Hypervariance of a rough variant of the Mycobacterium abscessus type strain. Infection and Immunity. 75 (2), 1055-1058 (2007).
  16. Catherinot, E., Roux, A. -. L., et al. Acute respiratory failure involving an R variant of Mycobacterium abscessus. Journal of Clinical Microbiology. 47 (1), 271-274 (2009).
  17. Bernut, A., Le Moigne, V., Lesne, T., Lutfalla, G., Herrmann, J. -. L., Kremer, L. In vivo assessment of drug efficacy against Mycobacterium abscessus using the embryonic zebrafish test system. Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 58 (7), 4054-4063 (2014).
  18. Oh, C. -. T., Moon, C., Jeong, M. S., Kwon, S. -. H., Jang, J. Drosophila melanogaster for Mycobacterium abscessus infection. Microbes and Infection / Institut Pasteur. 15 (12), 788-795 (2013).
  19. Bernut, A., Herrmann, J. -. L., et al. Mycobacterium abscessus cording prevents phagocytosis and promotes abscess formation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 111 (10), E943-E952 (2014).
  20. Dubée, V., Bernut, A., et al. β-Lactamase inhibition by avibactam in Mycobacterium abscessus. Journal of Antimicrobial Chemotherapy. 70 (4), 1051-1058 (2015).
  21. Torraca, V., Masud, S., Spaink, H. P., Meijer, A. H. Macrophage-pathogen interactions in infectious diseases: new therapeutic insights from the zebrafish host model. Disease Models Mechanisms. 7 (7), 785-797 (2014).
  22. Alibaud, L., Rombouts, Y., et al. A Mycobacterium marinum TesA mutant defective for major cell wall-associated lipids is highly attenuated in Dictyostelium discoideum and zebrafish embryos. Molecular Microbiology. 80 (4), 919-934 (2011).
  23. Clay, H., Volkman, H. E., Ramakrishnan, L. Tumor necrosis factor signaling mediates resistance to mycobacteria by inhibiting bacterial growth and macrophage death. Immunity. 29 (2), 283-294 (2008).
  24. Palha, N., Guivel-Benhassine, F., et al. Real-time whole-body visualization of Chikungunya Virus infection and host interferon response in zebrafish. PLoS pathogens. 9 (9), e1003619 (2013).
  25. Mostowy, S., Boucontet, L., et al. The zebrafish as a new model for the in vivo study of Shigella flexneri with phagocytes and bacterial autophagy. PLoS pathogens. 9 (9), e1003588 (2013).
  26. Prajsnar, T. K., Cunliffe, V. T., Foster, S. J., Renshaw, S. A. A novel vertebrate model of Staphylococcus aureus reveals phagocyte-dependent resistance of zebrafish to non-host specialized pathogens. Cellular Microbiology. 10 (11), 2312-2325 (2008).
  27. Van der Sar, A. M., Appelmelk, B. J., Vandenbroucke-Grauls, C. M. J. E., Bitter, W. A star with stripes: zebrafish as an infection model. Trends in Microbiology. 12 (10), 451-457 (2004).
  28. Vergunst, A. C., Meijer, A. H., Renshaw, S. A., O’Callaghan, D. Burkholderia cenocepacia creates an intramacrophage replication niche in zebrafish embryos, followed by bacterial dissemination and establishment of systemic infection. Infection and Immunity. 78 (4), 1495-1508 (2010).
  29. Levraud, J. -. P., Disson, O., et al. Real-time observation of Listeria monocytogenes-phagocyte interactions in living zebrafish larvae. Infection and Immunity. 77 (9), 3651-3660 (2009).
  30. Meijer, A. H., Spaink, H. P. Host-pathogen interactions made transparent with the zebrafish model. Current Drug Targets. 12 (7), 1000-1017 (2011).
  31. Westerfield, M. . The Zebrafish Book: A Guide for the Laboratory Use of Zebrafish (Danio Rerio). , (2007).
  32. Benard, E. L., van der Sar, A. M., Ellett, F., Lieschke, G. J., Spaink, H. P., Meijer, A. H. Infection of zebrafish embryos with intracellular bacterial pathogens. Journal of Visualized Experiments. (61), e3781 (2012).
  33. Van Rooijen, N., Sanders, A. Liposome mediated depletion of macrophages: mechanism of action, preparation of liposomes and applications. Journal of Immunological Methods. 174 (1-2), 83-93 (1994).
  34. Adams, K. N., Takaki, K., et al. Drug tolerance in replicating mycobacteria mediated by a macrophage-induced efflux mechanism. Cell. 145 (1), 39-53 (2011).
  35. Ramakrishnan, L. Looking within the zebrafish to understand the tuberculous granuloma. Advances in Experimental Medicine and Biology. 783, 251-266 (2013).
  36. Davis, J. M., Clay, H., Lewis, J. L., Ghori, N., Herbomel, P., Ramakrishnan, L. Real-time visualization of Mycobacterium-macrophage interactions leading to initiation of granuloma formation in zebrafish embryos. Immunity. 17 (6), 693-702 (2002).
  37. Lamason, R. L., Mohideen, M. -. A. P. K., et al. SLC24A5, a putative cation exchanger, affects pigmentation in zebrafish and humans. Science (New York, NY). 310 (5755), 1782-1786 (2005).
  38. Renshaw, S. A., Loynes, C. A., Trushell, D. M. I., Elworthy, S., Ingham, P. W., Whyte, M. K. B. A transgenic zebrafish model of neutrophilic inflammation. Blood. 108 (13), 3976-3978 (2006).
  39. Hall, C., Flores, M. V., Storm, T., Crosier, K., Crosier, P. The zebrafish lysozyme C promoter drives myeloid-specific expression in transgenic fish. BMC developmental biology. 7, 42 (2007).
  40. Takaki, K., Davis, J. M., Winglee, K., Ramakrishnan, L. Evaluation of the pathogenesis and treatment of Mycobacterium marinum in zebrafish. Nature Protocols. 8 (6), 1114-1124 (2013).
  41. Stoop, E. J. M., Schipper, T., et al. Zebrafish embryo screen for mycobacterial genes involved in the initiation of granuloma formation reveals a newly identified ESX-1 component. Disease Models Mechanisms. 4 (4), 526-536 (2011).
  42. Carvalho, R., de Sonneville, J., et al. A high-throughput screen for tuberculosis progression. PloS One. 6 (2), e16779 (2011).

Tags

ZebrafishMycobacterium AbscessusInfection ModelHost-pathogen InteractionsFluorescent BacteriaMacrophagesCordingAbscess FormationVirulenceImagingFluorescence Microscopy
check_url/53130?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Bernut, A., Dupont, C., Sahuquet, A., Herrmann, J., Lutfalla, G., Kremer, L. Deciphering and Imaging Pathogenesis and Cording of Mycobacterium abscessus in Zebrafish Embryos. J. Vis. Exp. (103), e53130, doi:10.3791/53130 (2015).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image