Die Prüfung der Host-Phänotypen in<em> Gambusia affinis</em> Nach der Behandlung mit Antibiotika
Summary
Diese Studie umfasst Methoden, um Auswirkungen auf ein Modell Fisch-Host folgende Veränderung der Haut und Darm microbiome Gemeinden Zusammensetzung durch ein Antibiotikum zu offenbaren.
Abstract
The commonality of antibiotic usage in medicine means that understanding the resulting consequences to the host is vital. Antibiotics often decrease host microbiome community diversity and alter the microbial community composition. Many diseases such as antibiotic-associated enterocolitis, inflammatory bowel disease, and metabolic disorders have been linked to a disrupted microbiota. The complex interplay between host, microbiome, and antibiotics needs a tractable model for studying host-microbiome interactions. Our freshwater vertebrate fish serves as a useful model for investigating the universal aspects of mucosal microbiome structure and function as well as analyzing consequential host effects from altering the microbial community. Methods include host challenges such as infection by a known fish pathogen, exposure to fecal or soil microbes, osmotic stress, nitrate toxicity, growth analysis, and measurement of gut motility. These techniques demonstrate a flexible and useful model system for rapid determination of host phenotypes.
Introduction
Es wurde festgestellt, dass Antibiotika können die menschliche microbiome stören zu dysbiosis führt, eine mikrobielle Gemeinschaft Ungleichgewicht bedeutet. Die kompositorische Veränderung der Mikrobiota nach einer Antibiotika – Behandlungen wurde die Vielfalt der Gemeinschaft gezeigt zu senken, wichtige Mitglieder zu reduzieren und Gemeinschaft Stoffwechsel verändern, vor allem im Darm 1, 2. Antibiotic Störung des Darms microbiome kann Kolonisationsresistenz auf Clostridium difficile 3, 4 und 5 Salmonella verringern.
Zusätzlich hat die Unterbrechung der Mikrobioten zur Entwicklung vieler Syndromen und Krankheiten bei Menschen in Verbindung gebracht worden (zB Antibiotika-assoziierter Enterokolitis, entzündliche Darmerkrankungen, Stoffwechselstörungen, etc.). Antibiotika sind ebenfalls weit verbreitet in der Landwirtschaft als Wachstumsförderer umgesetzt inVieh und Geflügel Produktion 6. Die Verwendung dieser leistungsfähigen Tools ist nicht ohne Nebeneffekte, die im raschen Anstieg der Antibiotikaresistenz offensichtlich ist, sowie die Auswirkungen eines gestörten microbiome hat mit seinem bewohnter Gastgeber. Viele Studien haben gezeigt, dass Breitspektrum-Antibiotikum Nutzung hat langfristige Folgen für die Struktur und Funktion der Mikrobiota, aber die Nebenwirkungen von einem antibiotika gestört microbiome Auswirkungen auf Host-Physiologie sind nur Spekulationen, die noch unterstützt werden.
Das Zusammenspiel zwischen Gastgeber, Mikrobiota und Antibiotika ist bei weitem nicht in prägnanter Weise verstanden zu werden. Daher ist ein einfaches und besser lenkbar Modell vorteilhaft Licht auf die hochkomplexen Säugersystem zu vergießen. Schleimhäuten beim Menschen, einschließlich Darm, Hafen die höchste Dichte und Vielfalt von Mikroben, und auch die intimsten Mikrobe-Wirt-Interaktionen. Die Schleimhaut Haut microbiome Fisch Angebote sehrere Vorteile als Modellsystem. Die Teleostei (Knochenfische) ist eine der frühesten Abstammungslinien innerhalb der Vertebrata Bedeutung zu divergieren , dass teleosts sowohl angeboren haben und erworbene Immunsystem , die eine Beziehung mit symbiotischer Bakterien-Gemeinschaften 7 zusammen entwickelt haben. Fischhaut teilt viele Eigenschaften mit Typ – 1 – Schleimhautoberflächen von Säugetieren, wie physiologische Funktionen, Immunität Komponenten und die Anordnung von Schleim-produzierenden Zellen 8. Die äußere Lage der Fischhaut Schleimhautoberfläche bietet eine microbiome leicht experimentell manipulieren und Probe.
Die westliche mosquito, Gambusia affinis (G. affinis), ist ein Modell , Fisch, 9 Paarung und Toxikologie in der Vergangenheit verwendet wurde , für das Studium, 10, 11. In Anbetracht der geringen Größe, Bevölkerung Hülle und Fülle in der Wildnis als eine invasive Spezies, m inimal Pflegekosten und hardy Natur, haben wir G. affinis als Schleimhaut microbiome Modell entwickelt. Ferner teilen Gambusia die Physiologie der Geburt mit viviparous Säugetiere junge leben, die in Fischarten ungewöhnlich ist. Wir haben die umfangreichste Studie zum Zeitpunkt der Fisch normalen Mikrobiota Haut mit 16S Profilierung mit Gambusia 12. Weitere Arbeiten zeigten , drei negative Auswirkungen auf die Host folgende Störung der Haut und der Darmflora mit einem Breitspektrum – Antibiotikum 13.
Fünf verschiedene Effekte wurden in der Fisch folgenden Antibiotika Exposition untersucht. Die meisten etablierten Host Nutzen der microbiome ist wettbewerbsfähig Ausschluss von Krankheitserregern. Der Fisch Erreger Edwardsiella ictaluri ist bekannt , 14 Ausbrüche von magensaftresistenten Septikämie in kommerziellen Wels Farmen zu verursachen. E. ictaluri hat auch Zebrabärbling zu letal infizieren gezeigtclass = "xref"> 15, 16 und 17 Gambusia. Eine Herausforderung mit diesem Erreger aus der Wassersäule kann als Maß der Ausgrenzung dienen. Als Vergleich zu Anfälligkeit für einen einzelnen Erreger, Überleben während der Exposition gegenüber einer hohen Dichte von gemischten Organismen wurde ebenfalls durchgeführt. Exkremente und organisch-reichen Boden wurden als häufig angetroffene Quellen mikrobieller Gemeinschaften eingesetzt.
Eine andere etablierte Rolle der bakteriellen Darm Gemeinschaft durchführt, ist Nährstoffverarbeitung und Energieertrag, wodurch die Gesamtnahrungsaufnahme für den Wirt zu beeinflussen. Als grobe Messung der Ernährung wurde Fischkörpergewicht im Vergleich vor und nach einem Monat eine Standard-Diät gefüttert. Antibiotika-behandelten Fische als ein durchschnittliches Gewicht verloren, während die Steuerung Fisch im Durchschnitt Gewicht im Laufe des Monats gewonnen. Der Mechanismus für diesen Mangel an Gewichtszunahme ist unklar. Ein möglicher Faktor ist Transitzeit der Nahrung im Darm. Ein GI Motility-Methode wurde von Zebrabärbling (Adam Rich, SUNY Brockpo, persönliche Mitteilung) angepasst Laufzeit zu bestimmen. Es wurde noch nicht bestimmt worden, wenn Antibiotika-behandelten Fische eine veränderte Laufzeit haben.
Eine gemeinsame Herausforderung von allen Organismen in der Natur erlebt, vor allem Fisch, ist osmotischer Stress. Gambusia wurden schnell anpassen angezeigt , wenn akut in hohen Konzentrationen von Salinität 18 betont. Überraschenderweise Fisch mit einem Antibiotikum veränderten microbiome zeigte gesenkt Überleben zu einem hohen Salzstress. Der Mechanismus für diesen neuartigen Phänotyp wird untersucht. Eine weitere häufige Belastung auf Wassertiere, insbesondere in Aquarien, ist toxisch Formen von Stickstoff (Ammoniak, Nitrat und Nitrit). Überleben gegen Nitrat war nicht signifikant verschieden zwischen Antibiotika-behandelten und Kontrollfische. Die Methoden in diesem Manuskript präsentiert mit Gambusia oder ähnlichen Fischmodellorganismen wie Zebra verwendet werdenFisch und Medaka, Phänotypen in der Fisch folgenden experimentellen Manipulation zu messen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Einige Herausforderungen erfordern eine Ruhezeit in einem sauberen APW nach einer Antibiotika-Behandlung für das Medikament in Fischgewebe aufgebraucht werden. Wenn die Ruhezeit übersprungen wird, dann können die Ergebnisse antibiotische Anwesenheit vermengen, insbesondere wenn der Assay Exposition gegenüber Bakterien beinhaltet. Um Effekte aus einer veränderten microbiome Zusammensetzung ohne große Änderungen in der Gesamtzahl von Mikroben auf dem Host, Vorversuche Überwachung microbiome Zusammensetzung (16S Pr…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This project was partially funded by a FAST (Faculty and Student Team) Award to TPP and JMC from EURECA (Center for Enhancing Undergraduate Research Experiences and Creative Activities) at Sam Houston State University.
Materials
| Rifampicin | Calbiochem | 557303-1GM | |
| Sodium Nitrate | Sigma Aldrich | S5506 | |
| Fluorescein-labeled 70 kDa anionic dextran | ThermoFisher Scientific | D1823 | |
| PBS tablets | Calbiochem | 6500-OP | tablets dissolve in water to make phosphate-buffered saline |
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