וזמינותו התקפה אלימה חיידקי מהירה מבוססת תמונה באמצעות אמבה
Summary
כאן, אנו מציגים פרוטוקול כדי למדוד את התקפה אלימה של חיידקים פלנקטוניים או צמוד-השטח באמצעות discoideum ד (אמבה) כמחשב מארח. התקפה אלימה נמדד על פני תקופה של 1 h, המארח הורג הוא לכמת באמצעות מיקרוסקופ פלורסצנטיות וניתוח התמונה. נדגים את פרוטוקול זה באמצעות החיידק aeruginosa פ.
Abstract
מבחני התקפה אלימה חיידקי מסורתי לערב חשיפה ממושכת של חיידקים במשך מספר שעות, התאים המארחים. במהלך תקופה זו, חיידקים יכולים לעבור השינויים בפיזיולוגיה עקב החשיפה לסביבת הגידול מארח ואת נוכחותם של התאים מארח. פיתחנו assay למדוד במהירות את מצב התקפה אלימה של חיידקים כי למזער את מידת שאליו הבקטריה גדלה בנוכחות התאים המארחים. חיידקים, amoebae מעורבבים יחד, ותשמרו על מטוס יחיד הדמיה באמצעות רכיב pad אגר. ההליך משתמש פלורסצנטיות בתא יחיד הדמיה עם אסתר calcein-acetoxymethyl (calcein-AM) כמחוון של בריאות התא המארח. ידי קרינה פלואורסצנטית של התאים המארחים ניתוח לאחר h 1 של חשיפה של התאים המארחים חיידקים באמצעות מיקרוסקופ epifluorescence. התמונה ניתוח תוכנה משמשת לחישוב בעל אינדקס הרג המארח. בשיטה זו נעשה שימוש כדי למדוד התקפה אלימה בתוך פלנקטוניים ומחוברת משטח Pseudomonas aeruginosa תת אוכלוסיות במשך השלב ההתחלתי של ביופילמים, שעשוי להיות מותאם חיידקים אחרים ושלבים אחרים biofilm הצמיחה. פרוטוקול זה מספק שיטה מהיר וחזק של מדידת התקפה אלימה, מונע רבים של המורכבויות המשויכות את הצמיחה ואת התחזוקה של שורות תאים בתרבית. התקפה אלימה פנוטיפים נמדד כאן באמצעות amoebae יש גם מאומתים באמצעות העכבר מקרופאגים. בפרט, זה וזמינותו שימש להקים את התקפה אלימה upregulates מצורף משטח aeruginosa פ.
Introduction
זיהום חיידקי הוא אחד הגורמים המובילים התמותה האדם וחיות1,2. היכולת למדוד התקפה אלימה של חיידקים תרבויות או biofilms חשוב הגדרות בריאות ומחקר. כאן, אנו מתארים שיטה רב תכליתי, מהירה, פשוטה יחסית לכמת התקפה אלימה חיידקי. האורגניזם האיקריוטים Dictyostelium discoideum (אמבה) משמש האורגניזם המארח מודל. ד discoideum שימש כמארח כדי לזהות גורמים התקפה אלימה Pseudomonas aeruginosa (aeruginosa פ)3,4,5 ו אחרים חיידקים6,7 ,8 , היא חשופה בעיקר אותם התקפה אלימה גורמים להרוג תאים בתרבית של כולל סוג III הפרשת9,10. מבחני התקפה אלימה הקודם באמצעות discoideum ד מעורב חשיפה ממושכת של חיידקים עם תאים discoideum ד במהלך שעות3,4,5. הפרוטוקול, כאן, מציג שיטה מהירה של קביעת התקפה אלימה באמצעות זה אמבה. פרוטוקול זה (איור 1) מתאר כיצד: (1) לגדל את amoebae axenically (בהיעדרו של חיידקים), (2) לגדול חיידקים על וזמינותו, (3) להכין חיידקים, התאים המארחים עבור מיקרוסקופ, (4) לבצע epifluorescence מיקרוסקופ, ולנתח (5) אמבה קרינה פלואורסצנטית.
Amoebae בתחילה קווצות שער החוצה מן המלאי קפוא, גדל על מדשאה של Escherichia coli (e. coli), שבו amoebae מייצרים נבגים. הנבגים האלו הם הרים, מחוסן לתוך בינוני מועשר לצמיחה axenic. Amoebae מתוחזקים באמצעות צמיחה axenic בתנאים עשירות עד שהם יהיו מוכנים להיות מעורב עם חיידקים להערכה של התקפה אלימה חיידקי. ההישרדות או מותו של amoebae זה לכמת על ידי מדידה של זריחה של calcein-acetoxymethyl (calcein-AM), אשר הוא ביקע מאת תאיים esterases, ובכך, מופעל על ידי קרינה פלואורסצנטית11,12. Amoebae חיה להפגין מעט או ללא קרינה פלואורסצנטית ואילו הדגיש, תאים הגוסס לזרוח באופן אינטנסיבי. תוצאה זו נובעת תיאגוד מעט או ללא calcein-אם amoebae בריאה, התאגדות, המחשוף של המצע לחוץ amoebae13. התנהגות זו היא בעיקר נבדלת זריחה calcein-אם תאים בתרבית של11,14,15,16.
חיידקים ייבחנו על התקפה אלימה גדלים בנפרד. כאן, אנו נתאר כיצד למדוד את התקפה אלימה של המחלה הזדמנותית aeruginosa פ וכן פירוט איך לכמת את התקפה אלימה של יצורי (שחייה), צמוד-פני אוכלוסיות משנה. פרוטוקול זה עשוי להיות מותאם כדי לבדוק את התקפה אלימה של חיידקים אחרים. במקטע תוצאות נציג, אנו מראים כי התקפה אלימה מופעלת בצמוד-משטח תאים והוא נמוך פלנקטוניים תאים, אשר דווחה בעבר13. מופעל התקפה אלימה צמוד-משטח aeruginosa פ הורג amoebae ואילו-מידבק תאים פלנקטוניים שנצרכים על ידי amoebae. אם אך ורק הוא להיות לבדיקה של התקפה אלימה של יצורי חיידקים, חיידקים יכולים להיות בתרבית צינורות רגילים תרבות יותר מאשר באמצעות צלחות פטרי כמפורט בפרוטוקול.
הצמיחה של amoebae ותרבויות aeruginosa פ חייבים להיות מתואמים כך aeruginosa פ תרבויות להגיע שלב הצמיחה המיועד ואילו amoebae גדלים על מצב יציב בתנאים עשירות. מצב זה מחייב בדרך כלל amoebae תרבויות אלקליניים לפחות יום אחד לפני כאשר הם מעורבבים עם חיידקים. Amoebae וחיידקים הם מתאושש באמצעות רפידות אגר, שיתוף incubated לשעה, עם תמונה ברזולוציה נמוכה (10 X, מפתח נומרי 0.3) חלבון פלורסצנטיות אובייקטיבי, ירוק (GFP) מסננים באמצעות מצלמה הדמיה. הניתוח יכול להתבצע באמצעות תוכנת ImageJ זמינה בחופשיות או אישית התמונה ניתוח תוכנה. הניתוח שלנו בוצעה באמצעות התוכנה שלנו שנכתבו באמצעות חבילת13ניתוח מדעי. התוכנה צריכה ליצור מסיכה באמצעות שלב חדות התמונה, לחלץ ערכים זריחה האזורים עם מסיכה בתמונה זריחה. קרינה פלואורסצנטית ערכים הם בממוצע לפחות מאה תאים, וכתוצאה מכך אינדקס הרג מארח מספריים.
Protocol
Representative Results
Discussion
פרוטוקול זה מתאר שיטה מהירה כמותיים כדי assay התקפה אלימה ב aeruginosa פ. פרוטוקול זה עשוי להיבדק עם חיידקים אחרים. עם זאת, חשוב לזכור כי מדיום הגידול צריך להיות תואם תנאי הגידול של אמבה. בפרט, אנו יש אופטימיזציה הפרוטוקול באמצעות PS:DB כמו מדיום הגידול חיידקי. אם נעשה שימוש מדיה אחרת, ייתכן צורך …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
KP ככל כתב, כתב היד המתוקן. KP לבצע הניסויים וניתוח. עבודה זו נתמך על ידי פרס מעבר קריירה הלאומית המכונים לבריאות (NIH) (K22AI112816) כדי בשם
Materials
| Reagents | |||
| Bacto agar, dehydrated | BD Difco | 214010 | |
| Antibiotic-Antimycotic (100X) | Life Technologies | 15240062 | Aliquot < 1 mL and store at -20 °C |
| Calcein-acetoxymethyl ester (calcein-AM) | Life Technologies | C34852 | Calcein Acetoxymethyl (AM) |
| Calcium chloride, anhydrous | Sigma-Aldrich | C1016 | |
| D-Glucose | Fisher Chemical | D16500 | Dextrose |
| Dimethyl sulfoxide | Sigma-Aldrich | D5879 | |
| Folic acid | Sigma-Aldrich | F8758 | |
| LB-Miller | BD Difco | 244620 | |
| Magnesium chloride | Sigma-Aldrich | M8266 | |
| Yeast extract | Oxoid | LP0021 | |
| Special peptone | Oxoid | LP0072 | |
| Potassium hyroxide | Fisher Chemical | P250 | |
| Potassium phosphate monobasic | Sigma-Aldrich | P0662 | |
| Sodium phosphate dibasic heptahydrate | Fisher Chemical | S373 | |
| Vitamin B12 | Sigma-Aldrich | V2876 | |
| Strains | |||
| Dictyostelium discoideum | Siryaporn lab | Strain AX318 | |
| Escherichia coli | Siryaporn lab | Strain B/r17 | |
| Pseudomonas aeruginosa | Siryaporn lab | PA14 | PA14 strain19 |
| Pseudomonas aeruginosa ΔlasR | Siryaporn lab | AFS20.1 | PA14-derived strain20 |
| Supplies | |||
| 0.22 µm filter | Millipore | SCGPT01RE | For filter sterilization |
| Conical tube, 15 mL | Corning | 352097 | |
| Glass storage bottles | Pyrex | 13951L | 250 mL, 500 mL, 1000 mL |
| Petri dish, 6 cm diameter | Corning | 351007 | 60 x 15 mm polystyrene plates |
| Petri dish, 10 cm diameter | Fisher | FB0875712 | 100 x 15 mm polystyrene plates |
| Plastic containers with lid | Ziploc | 2.57E+09 | Square 3-cup containers |
| Glass plates | Bio-Rad | 1653308 | For preparing agar pads. Other glass plates may be used with similar dimensions. |
| Wooden sticks | Fisher | 23-400-102 | |
| Equipment | |||
| Eclipse Ti-E microscope | Nikon | MEA53100 | Microscope setup |
| 10X Plan Fluor Ph1 objective 0.3 NA | Nikon | MRH20101 | Microscope setup |
| Fluorescence excitation source | Lumencor | Sola light engine | Microscope setup |
| Fluorescence filter set | Semrock | LED-DA/FI/TX-3X3M-A-000 | Microscope setup |
| Orca Flash 4.0 V2 Camera | Hamamatsu | 77054098 | Microscope setup |
| ImageJ | NIH | v. 1.49 | Software for image analysis |
| MATLAB | Mathworks | R2013 | Software for image analysis |
| Orbital shaker incubator | VWR | 89032-092 | For growth of bacteria at 37 °C |
| Platform shaker | Fisher | 13-687-700 | For growth of amoebae at 22 °C |
| Spectrophotometer | Biochrom | Ultrospec 10 | |
| Undercounter refrigerated incubator | Fisher | 97990E | For growth of amoebae at 22 °C |
| Isotemp waterbath | Fisher | 15-462-21Q | For cooling media to 55 °C |
References
- Rasko, D. A., Sperandio, V. Anti-virulence strategies to combat bacteria-mediated disease. Nature Reviews Drug Discovery. 9 (2), 117-128 (2010).
- Coburn, B., Grassl, G. A., Finlay, B. B. Salmonella, the host and disease: a brief review. Immunology and Cell Biology. 85 (2), 112-118 (2007).
- Alibaud, L., et al. Pseudomonas aeruginosa virulence genes identified in a Dictyostelium host model. Cellular Microbiology. 10 (3), 729-740 (2008).
- Pukatzki, S., Kessin, R. H., Mekalanos, J. J. The human pathogen Pseudomonas aeruginosa utilizes conserved virulence pathways to infect the social amoeba Dictyostelium discoideum. Proceedings of the National Academy of Sciences U S A. 99 (5), 3159-3164 (2002).
- Cosson, P., et al. Pseudomonas aeruginosa Virulence Analyzed in a Dictyostelium discoideum Host System. Journal of Bacteriology. 184 (11), 3027-3033 (2002).
- Pukatzki, S., et al. Identification of a conserved bacterial protein secretion system in Vibrio cholerae using the Dictyostelium host model system. Proceedings of the National Academy of Sciences U S A. 103 (5), 1528-1533 (2006).
- Steinert, M., Heuner, K. Dictyostelium as host model for pathogenesis. Cellular Microbiology. 7 (3), 307-314 (2005).
- Hagele, S., Kohler, R., Merkert, H., Schleicher, M., Hacker, J., Steinert, M. Dictyostelium discoideum: a new host model system for intracellular pathogens of the genus Legionella. Cellular Microbiology. 2 (2), 165-171 (2000).
- Matz, C., et al. Pseudomonas aeruginosa uses type III secretion system to kill biofilm-associated amoebae. ISME Journal. 2 (8), 843-852 (2008).
- Hauser, A. R. The type III secretion system of Pseudomonas aeruginosa: infection by injection. Nature Reviews Microbiology. 7 (9), 654-665 (2009).
- Moore, P. L., MacCoubrey, I. C., Haugland, R. P. A rapid pH insensitive, two color fluorescence viability (cytotoxicity) assay. Journal of Cell Biology. 111, 58 (1990).
- Kaneshiro, E. S., Wyder, M. A., Wu, Y. -. P., Cushion, M. T. Reliability of calcein acetoxy methyl ester and ethidium homodimer or propidium iodide for viability assessment of microbes. Journal of Microbiological Methods. 17 (1), 1-16 (1993).
- Siryaporn, A., Kuchma, S. L., O’Toole, G. A., Gitai, Z. Surface attachment induces Pseudomonas aeruginosa virulence. Proceedings of the National Academy of Sciences U S A. 111 (47), 16860-16865 (2014).
- Decherchi, P., Cochard, P., Gauthier, P. Dual staining assessment of Schwann cell viability within whole peripheral nerves using calcein-AM and ethidium homodimer. Journal of Neuroscience Methods. 71 (2), 205-213 (1997).
- Braut-Boucher, F., Pichon, J., Rat, P., Adolphe, M., Aubery, M., Font, J. A non-isotopic, highly sensitive, fluorimetric, cell-cell adhesion microplate assay using calcein AM-labeled lymphocytes. Journal of Immunological Methods. 178 (1), 41-51 (1995).
- Grieshaber, P., Lagrèze, W. A., Noack, C., Boehringer, D., Biermann, J. Staining of fluorogold-prelabeled retinal ganglion cells with calcein-AM: A new method for assessing cell vitality. Journal of Neuroscience Methods. 192 (2), 233-239 (2010).
- Witkin, E. M. Inherited Differences in Sensitivity to Radiation in Escherichia Coli. Proceedings of the National Academy of Sciences U S A. 32 (3), 59-68 (1946).
- Loomis, W. F. Sensitivity of Dictyostelium discoideum to nucleic acid analogues. Experimental Cell Research. 64 (2), 484-486 (1971).
- Rahme, L. G., Stevens, E. J., Wolfort, S. F., Shao, J., Tompkins, R. G., Ausubel, F. M. Common virulence factors for bacterial pathogenicity in plants and animals. Science. 268 (5219), 1899-1902 (1995).
- O’Loughlin, C. T., Miller, L. C., Siryaporn, A., Drescher, K., Semmelhack, M. F., Bassler, B. L. A quorum-sensing inhibitor blocks Pseudomonas aeruginosa virulence and biofilm formation. Proceedings of the National Academy of Sciences U S A. 110 (44), 17981-17986 (2013).
