Serotip 1 Streptococcus pneumoniae suşunda Mutantların İnşası 519/43
Summary
Burada, doğal olarak DNA ve intihar plazmidini elde etme kabiliyeti kullanılarak genetik olarak değiştirilebilen bir S. pneumoniae serotip 1 suşu 519/43’ü tanımlıyoruz. İlke kanıtı olarak, pnömolysin (kat) geninde izojenik bir mutant yapıldı.
Abstract
Streptococcus pneumoniae serotip 1, düşük ve orta gelirli ülkelerde, özellikle Sahra altı Afrika’da büyük bir sorun olmaya devam etmektedir. Önemine rağmen, bu serotipteki çalışmalar, onu değiştirmek için genetik araçların eksikliği nedeniyle engellenmiştir. Bu çalışmada, bir serotip 1 klinik izolatı genetik olarak değiştirmek için bir yöntem tarif edilmiştir (suş 519/43). İlginç bir şekilde, bu, Pnömokokların doğal olarak DNA elde etme yeteneğinden yararlanarak elde edildi. Bununla birlikte, çoğu pnömokoktan farklı olarak, lineer DNA kullanımı başarılı değildi; Bu önemli suşu mutasyona uğratmak için bir intihar plazmidinin kullanılması gerekiyordu. Bu metodoloji, hem biyolojisi hem de patojenitesi açısından bu zor serotipin daha derin bir şekilde anlaşılması için araçlar sağlamıştır. Yöntemi doğrulamak için, bilinen başlıca pnömokok toksini olan pnömolizin, iyi bilinen ve takip edilmesi kolay bir fenotipe sahip olduğu için mutasyona uğradı. Mutantın, beklendiği gibi, kırmızı kan hücrelerini lize etme yeteneğini kaybettiğini gösterdik. İlgilenilen serotipte önemli bir geni mutasyona uğratarak, intraperitoneal ve intranazal enfeksiyonlar üzerine fonksiyon kaybı mutantları için diğer serotipler için gözlenenlerden farklı fenotipler gözlemleyebildik. Özetle, bu çalışma 519/43 suşunun (serotip 1) genetik olarak değiştirilebileceğini kanıtlamaktadır.
Introduction
Streptococcus pneumoniae (S. pneumoniae, pnömokok) tüm dünyada morbidite ve mortalitenin başlıca nedenlerinden biridir. Yakın zamana kadar, 100’e yakın S. pneumoniae serotipi 1,2,3,4,5,6,7 keşfedilmiştir. Yıllık, invaziv pnömokok hastalığı (IPD), 5 yaşından küçük çocukların yaklaşık 700.000 ölümünü iddiaetmektedir 8. S. pneumoniae, tüm dünyada bakteriyel pnömoni, otitis media, menenjit ve septiseminin başlıca nedenidir9.
Afrika menenjit kuşağında, serotip 1, son derece virülan bir sekans tipi olan sekans tipi (ST) ST217’nin baskın olduğu menenjit salgınlarından sorumludur10,11,12,13,14,15. Menenjit patolojisindeki önemi, Afrika menenjit kuşağı16’daki Neisseria meningitidis’inkine benzetilmiştir. Serotip 1 genellikle IPD’nin ana nedenidir; ancak, taşımacılıkta çok nadiren bulunur. Aslında, Gambiya’da, bu serotip tüm invaziv hastalıkların% 20’sinden sorumludur, ancak sağlıklı taşıyıcıların sadece% 0.5’inde bulunmuştur14,17,18,19. Yetkin pnömokoklarda genetik değişim ve rekombinasyon genellikle invaziv hastalıktan ziyade taşıyıcılıkta meydana gelir20. Ayrıca, serotip 1’in pnömokoklar arasında tarif edilen en kısa taşıma oranlarından birine sahip olduğu gösterilmiştir (sadece 9 gün). Bu nedenle, bu serotipin diğerlerinden çok daha düşük bir rekombinasyon oranına sahip olabileceği öne sürülmüştür21.
Serotip 1 suşlarının düşük taşıma hızının arkasındaki nedeni ve Sahra altı Afrika’daki invaziv hastalıklardaki önemini anlamak için derinlemesine çalışmalar gereklidir.
Burada, belirli bir serotip 1 suşunun genom çapında mutagenezine izin veren bir protokol sunuyoruz, 519/43. Bu suş, yeni DNA’yı kolayca elde edebilir ve genomuna yeniden birleştirebilir. Bu yöntem henüz gerginlikler arasında değildir, ancak 519/43 arka planında yapıldığında çok etkilidir (diğer hedefler mutasyona uğramıştır, el yazmaları hazırlanmaktadır). Sadece 519/43 suşunu kullanarak ve doğal yeterliliğinden yararlanarak ve ekzojen DNA’nın sağlanma şeklini değiştirerek, bu serotip 1 suşunda pnömolizin genini (kat) mutasyona uğratabildik. Bu yöntem, Harvey ve ark.22 tarafından sunulana göre bir gelişmeyi temsil eder, çünkü DNA’yı farklı bir serotipten geçirmeye gerek kalmadan tek adımda yapılır. Bununla birlikte, gerinimler arası değişkenlik nedeniyle, hiçbir yöntem tüm suşlar için standartlaştırılmamıştır. Belirli genleri mutasyona uğratma ve etkilerini gözlemleme yeteneği, serotip 1 S. pneumoniae suşlarının derinlemesine anlaşılmasını sağlayacak ve bu suşların Sahra altı Afrika’daki menenjitteki rolüne cevaplar sağlayacaktır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Streptococcus pneumoniae, özellikle serotip 1, invaziv pnömokok hastalığına ve menenjite neden olan küresel bir tehdit olmaya devam etmektedir. Serotip 1’e karşı koruyucu olması gereken çeşitli aşıların uygulanmasına rağmen, Afrika’da bu serotip hala yüksek morbidite ve mortaliteye yol açan salgınlara neden olabilir13. Bu serotipi genetik olarak manipüle etme yeteneği, klinik alaka düzeyi nedeniyle kritik öneme sahiptir. Bu çalışmada açıklanan yöntem, bu serot…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Menenjit Vakfı’na ve MRC’ye bu çalışmaya finansman sağladıkları için teşekkür ederiz.
Materials
| AccuPrime Pfx DNA polymerase | Invitrogen | 12344024 | Used for amplification of the fragments |
| Ampicillin sodium salt | Sigma Aldrich | A9518 | Used for bacterial selection on stage 1(pSD1) |
| Blood Agar Base | Oxoid | CM0055 | Used to plate S. pneumoniae transformants |
| Bovine Serum Albumine | sigma | 55470 | used for S. pneumoniae Transformation |
| Brain Heart Infusion | Oxoid | CM1135 | used to grow S. pneumoniae cells |
| Calcium Chloride Cacl2 | Sigma | 449709 | used for S. pneumoniae Transformation |
| Competence stimulating peptide 1 | AnaSpec | AS-63779 | used for S. pneumoniae Transformation |
| Luria Broth Agar | Gibco | 22700025 | used for plating and selection of pSD1 and pSD2 |
| Luria Broth Base (Miller's formulation) | Gibco | 12795027 | used for plating and selection of pSD1 and pSD2 |
| Monarch Gel Extraction Kit | NEB | T1020S | Used to extract the bands from the DNA gel |
| Monarch Plasmid Miniprep Kit | NEB | T1010S | Used to extract plasmid from the cells |
| pGEM T-easy | Promega | A1360 | used as suicide plasmid |
| S.O.C. | Invitrogen | 15544034 | used for recovery of cells after transformation |
| Sodium Hydroxide (NaOH) | Sigma | S0899 | used for S.pneumoniae Transformation |
| Spectinomycin Hydrochloride | SigmaAldrich | PHR1426 | Used for bacterial selection |
| Subcloning Efficiency DH5α Competent Cells | Invitrogen | 18265017 | used for the creation of pSD1 and pSD2 |
References
- Bentley, S. D., et al. Genetic Analysis of the Capsular Biosynthetic Locus from All 90 Pneumococcal Serotypes. PLoS Genetics. 2 (3), 31 (2006).
- Calix, J. J., Nahm, M. H. A new pneumococcal serotype, 11E, has a variably inactivated wcjE gene. The Journal of Infectious Diseases. 202 (1), 29-38 (2010).
- Park, I. H., Pritchard, D. G., Cartee, R., Brandao, A., Brandileone, M. C. C., Nahm, M. H. Discovery of a New Capsular Serotype (6C) within Serogroup 6 of Streptococcus pneumoniae. Journal of Clinical Microbiology. 45 (4), 1225-1233 (2007).
- Jin, P., et al. First Report of Putative Streptococcus pneumoniae Serotype 6D among Nasopharyngeal Isolates from Fijian Children. The Journal of Infectious Diseases. 200 (9), 1375-1380 (2009).
- Oliver, M. B., vander Linden, M. P. G., Küntzel, S. A., Saad, J. S., Nahm, M. H. Discovery of Streptococcus pneumoniae Serotype 6 Variants with Glycosyltransferases Synthesizing Two Differing Repeating Units. Journal of Biological Chemistry. 288 (36), 25976-25985 (2013).
- Calix, J. J., et al. Serological Characterization of Two Capsule Subtypes among Streptococcus pneumoniae Serotype 20 Strains. Journal of Biological Chemistry. 287 (33), 27885-27894 (2012).
- Park, I. H., et al. and Serological Characterization of a New Pneumococcal Serotype, 6H, and Generation of a Pneumococcal Strain Producing Three Different Capsular Repeat Units. Clinical and Vaccine Immunology. 22 (3), 313-318 (2015).
- O’Brien, K. L., et al. Burden of disease caused by Streptococcus pneumoniae in children younger than 5 years: global estimates. The Lancet. 374 (9693), 893-902 (2009).
- Henriques-Normark, B., Tuomanen, E. I. The Pneumococcus: Epidemiology, Microbiology, and Pathogenesis. Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine. 3 (7), 010215 (2013).
- Leimkugel, J., et al. An Outbreak of Serotype 1 Streptococcus pneumoniae Meningitis in Northern Ghana with Features That Are Characteristic of Neisseria meningitidis Meningitis Epidemics. The Journal of Infectious Diseases. 192 (2), 192-199 (2005).
- Yaro, S., et al. Epidemiological and Molecular Characteristics of a Highly Lethal Pneumococcal Meningitis Epidemic in Burkina Faso. Clinical Infectious Diseases. 43 (6), 693-700 (2006).
- Antonio, M., et al. Molecular epidemiology of pneumococci obtained from Gambian children aged 2-29 months with invasive pneumococcal disease during a trial of a 9-valent pneumococcal conjugate vaccine. BMC Infectious Diseases. 8 (1), 81 (2008).
- Kwambana-Adams, B. A., et al. An outbreak of pneumococcal meningitis among older children (≥5 years) and adults after the implementation of an infant vaccination programme with the 13-valent pneumococcal conjugate vaccine in Ghana. BMC Infectious Diseases. 16 (1), 575 (2016).
- Antonio, M., et al. Seasonality and outbreak of a predominant Streptococcus pneumoniae serotype 1 clone from The Gambia: Expansion of ST217 hypervirulent clonal complex in West Africa. BMC Microbiology. 8 (1), 198 (2008).
- Staples, M., et al. Molecular characterization of an Australian serotype 1 Streptococcus pneumoniae outbreak. Epidemiology and Infection. 143 (2), 325-333 (2015).
- Gessner, B. D., Mueller, J. E., Yaro, S. African meningitis belt pneumococcal disease epidemiology indicates a need for an effective serotype 1 containing vaccine, including for older children and adults. BMC Infectious Diseases. 10 (1), 22 (2010).
- Hill, P. C., et al. Nasopharyngeal carriage of Streptococcus pneumoniae in Gambian infants: a longitudinal study. Clinical Infectious Diseases. 46 (6), 807-814 (2008).
- Ebruke, C., et al. Temporal changes in nasopharyngeal carriage of Streptococcus pneumoniae serotype 1 genotypes in healthy Gambians before and after the 7-valent pneumococcal conjugate vaccine. PeerJ. 3, 90 (2015).
- Adegbola, R. A., et al. Serotype and antimicrobial susceptibility patterns of isolates of Streptococcus pneumoniae causing invasive disease in The Gambia 1996-2003. Tropical Medicine and International Health. 11 (7), 1128-1135 (2006).
- Marks, L. R., Reddinger, R. M., Hakansson, A. P. High Levels of Genetic Recombination during Nasopharyngeal Carriage and Biofilm Formation in Streptococcus pneumoniae. mBio. 3 (5), (2012).
- Ritchie, N. D., Mitchell, T. J., Evans, T. J. What is different about serotype 1 pneumococci. Future Microbiology. 7 (1), 33-46 (2012).
- Harvey, R. M., et al. The variable region of pneumococcal pathogenicity island 1 is responsible for unusually high virulence of a serotype 1 isolate. Infection and Immunity. 84 (3), 822-832 (2016).
- Horton, R. M., Cai, Z. L., Ho, S. N., Pease, L. R. Gene splicing by overlap extension: tailor-made genes using the polymerase chain reaction. BioTechniques. 8 (5), 528-535 (1990).
- Alioing, G., Granadel, C., Morrison, D. A., Claverys, J. P. Competence pheromone, oligopeptide permease, and induction of competence in Streptococcus pneumoniae. Molecular Microbiology. 21 (3), 471-478 (1996).
- Lund, E. . Enumeration and description of the strains belonging to the State Serum Institute, Copenhagen Denmark. , (1951).
- Barany, F., Tomasz, A. Genetic transformation of Streptococcus pneumoniae by heterologous plasmid deoxyribonucleic acid. Journal of Bacteriology. 144 (2), 698-709 (1980).
- Terra, V. S., Homer, K. A., Rao, S. G., Andrew, P. W., Yesilkaya, H. Characterization of novel β-galactosidase activity that contributes to glycoprotein degradation and virulence in Streptococcus pneumoniae. Infection and Immunity. 78 (1), (2010).
- Terra, V. S., Zhi, X., Kahya, H. F., Andrew, P. W., Yesilkaya, H. Pneumococcal 6-phospho-β-glucosidase (BglA3) is involved in virulence and nutrient metabolism. Infection and Immunity. 84 (1), (2015).
- Harvey, R. M., Ogunniyi, A. D., Chen, A. Y., Paton, J. C. Pneumolysin with Low Hemolytic Activity Confers an Early Growth Advantage to Streptococcus pneumoniae in the Blood. Infection and Immunity. 79 (10), 4122 (2011).
- Terra, V. S., Plumptre, C. D., Wall, E. C., Brown, J. S., Wren, B. W. Construction of a pneumolysin deficient mutant in Streptococcus pneumoniae serotype 1 strain 519/43 and phenotypic characterisation. Microbial Pathogenesis. 141, 103999 (2020).
