适合与天然化合物库的探索抗生物试验的平台
Summary
Biofilm infections show high tolerance towards chemotherapy. No single assay captures the complexity of biofilms. Instead, complementary assays are needed. We present a screening platform (developed for S. aureus) that combines assays for viability, biomass, and biofilm matrix. It allows anti-biofilm drug discovery, including the assessment of long-term chemotherapeutic effects.
Abstract
生物膜被视为现代生物医学的最具挑战性的课题之一，它们是潜在的负责抗生素耐受性感染的80％以上。生物膜已显示化疗极高的耐受性，这被认为是多因素的。例如，基体提供了降低抗生素渗透到生物膜的物理屏障。另外，生物膜内的细胞的表型多样性。可能的是，生物膜韧性源于这些和其他，未知，机制的组合。所有的现有的抗生素已经开发针对单细胞（浮游）细菌。因此，到目前为止，分子的一个非常有限的剧目存在可在成熟生物膜选择性作用。这种情况已经在推动药物发现一个渐进的转变，其中的抗生物膜搜索已敦促占据了更加突出的位置。一个额外的挑战是，有一非常有限的生物膜研究标准化方法，尤其是那些可用于化学文库的大通量筛选号码。在这里，药剂筛选试验的抗生物平台提出。在聚-N-乙酰氨基葡萄糖，PNAG的它采用三个实验使用小麦胚芽凝集素测量生物膜活力（带刃天青染色），总生物量（用结晶紫染色），和生物膜矩阵（，WGA-荧光染色基础， 分数）。所有的测定用金黄色葡萄球菌作为模型细菌开发的。的平台如何可以用于初步筛选以及用于鉴定抗生物命中功能表征实例。这个实验序列还允许根据测量的终点命中的分类。它还提供了对他们的行动模式的信息，特别是在长期和短期化疗的效果。因此，它是非常ADVAntageous用于快速识别，可以作为起点关于各种生物医学应用的高质量的命中化合物。
Introduction
细菌可以两种非常不同的生活方式，浮游和固着，其中生物膜是最常见的例子之间进行切换。在生物膜，细菌形成嵌入在自产矩阵1结构化的社区。此自产矩阵是细菌，它们的外部环境之间的屏障，它保护了的微生物细胞，使它们在接近。生物膜基质的组合物之间，甚至在物种而异，但它主要是由脂多糖，胞外DNA和蛋白质的紧密网。基质用作物理屏障抑制有害剂的入口，但它也可以防止脱水生物膜并防止营养物质逸出的小区2。
生物膜被视为现代生物医学的最具挑战性的课题之一，它们是对抗生素耐受感染3超过80％的据称负责。他们disp已铺设针对外部威胁的固有的高耐受性：湿度，渗透压，机械应力4，热，紫外线辐射5，消毒剂，抗菌剂，和宿主免疫系统1。例如，为了杀死生物膜所需的所需的抗微生物剂的浓度已显示相比较，以杀死浮游细菌所需的要高的1000倍。此更高公差的解释似乎是多因素的。基质提供了降低抗生素渗透到生物膜的物理屏障。另外，生物膜内的细胞表型多样;他们由于氧，营养物，和生物膜6的内和外部分之间的代谢物的现有梯度不同的代谢状态之间转变。因此，在一些生物膜地区，如核心，细菌被剥夺氧气和营养，生活在一个代谢活性较低或完全休眠状态<suP> 7。完全休眠细胞被称为持留细胞，它们是不易于常规抗微生物治疗8。因此，它很可能是生物膜的韧性源自的当前建议等，未知，机制的组合。 葡萄球菌属。仍然是最有问题的革兰氏阳性菌中，引起严重的，通常生物膜相关的，感染4。有人建议，所有的细菌高达99％的生物膜内的关联，使得它的主要细菌生活方式3。但是，所有的现有的抗生素已经开发针对单小区（浮游）细菌。迄今，分子的一个非常有限的剧目存在可在成熟生物膜选择性作用。这种情况已经在推动药物发现一个渐进的转变，其中的抗生物膜搜索已敦促占据了更加突出的位置。
从methodologiCal中的角度来看，额外的挑战存在，因为只有生物膜的方法有限数目已经由标准制定组织，特别是那些适用于化学文库的高通量筛选开发的。所有的标准化测定（只有一个例外）都基于生物膜反应器中，并且这些方法需要大量的工作容积和大量的化合物进行测试，这通常是在早期研究性阶段9-12不可用。现有的唯一标准筛选适用的测定法是所谓的卡尔加里生物膜的装置，从该商购的最小生物膜消除浓度（MBEC）系统的开发13-15。然而，该测定的限制是该生物膜生长在钉，并且不是所有的细菌物种或同一物种内甚至菌株能够形成这个装置上生物膜。而且，可以特别适用于天然化合物的探索方法必要的。天然产品已经在抗菌药物发现在过去的16世纪创新的主要来源。它们可提供具有独特的作用机制也可以是针对持留细胞有效新颖抗生物化合物。因此，自然和自然的启发库的探索有前途的生产和独特的抗生物引线的高机会。
这里，我们提出测定的一个平台，是为使用三个测定法来测量上的可行性，总生物量，和金黄色葡萄球菌生物膜基质的影响抗生物化合物的化学筛选开发的实验细节。第一测定测量生物膜的可行性，并且它是基于刃天青染色。刃天青是氧化还原染色是蓝色和非荧光在其氧化态和由细菌的代谢活性降低时变为粉红色，高荧光试卤灵。这是一个非常简单和快速米ethod适合初级筛查17-20。第二个实验中，根据结晶紫染色，测量总质量的生物膜。结晶紫为在生物膜19,21-23研究细菌和细菌广泛使用的污点。该测定法是基于廉价的试剂和具有简单的吸光度端点读数。最后，第三个测定目标通过小麦胚凝集素生物膜（WGA），其特异性结合聚-N-乙酰葡糖胺残基（PNAG）存在于葡萄球菌生物膜24的基体的胞外聚合物物质（EPS） -矩阵。 WGA的结合有可使用荧光强度读者25被检测的荧光团。我们在座的基本原理和我们开发，包括示例应用程序的平台的详细信息。
Protocol
Representative Results
Discussion
没有可以同时测量上的可行性，生物质，和生物膜基质的化合物的效果单一方法。因此，有必要在为了检测在三个端点的效果，优选在初次筛选阶段结合测定。
刃天青是仅由加入氧化还原探针的一个非常简单的染色方案。然而，建立与刃天青生物膜的最佳温育时间是该测定的成功是至关重要的。在某些细菌菌株，刃天青探针的粉红色，荧光试卤灵的减少发生得非常快，而在?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
作者感谢教授保罗COS和LMPH，安特卫普大学，比利时期间，在他的实验室拍摄过程中他的支持。这项工作是由芬兰工程学院（项目272266和282981）和瑞典技术科学院芬兰资助。硕士Janni Kujala的技术贡献得到承认。
Materials
| Resazurin | Sigma Aldrich | R7017 | |
| Crystal violet | Sigma Aldrich | HT90132 | |
| Wheat Germ Agglutinin, Alexa Fluor 488 Conjugate | Thermo Fisher Scientific | W11261 | |
| LIVE/DEAD BacLight | Molecular Probes | L7012 | SYTO 9 for staining viable cells green and propidium iodide for staining dead cells red |
| Phosphate Buffered Saline | |||
| Tryptone soy agar | Lab M, Neogen | LAB011 | |
| Tryptine soy broth | Lab M, Neogen | LAB004 | |
| F96 Well Plate Polystyrene Sterile Clear Flat bottom | Thermo Fisher Scientific | 161093 | |
| BRAND caps, strips of 8 | Sigma Aldrich | BR781413-300EA | |
| Branson CPX series ultrasonic bath | Sigma Aldrich | Z769428-1EA | |
| Multipipette | Thermo Fisher Scientific | ||
| Multidrop dispenser | Thermo Fisher Scientific | ||
| Biomek 3000 | Beckman Coulter | ||
| Varioskan Flash Multiplate reader | Thermo Fisher Scientific | ||
| Staphylococcus aureus | ATCC | 25923 |
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