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Method Article
En este trabajo presentamos un protocolo para estudiar la función de las fimbrias en la colonización bacteriana.
Las fimbrias de tipo 1 son importantes determinantes de virulencia de algunos patógenos gramnegativos, que promueven la colonización bacteriana. La varilla fimbrial se compone principalmente de múltiples copias de la subunidad fimbrial principal FimA. Sin embargo, la adhesina FimH está presente como una estructura de punta fibrilar que impulsa la unión de las bacterias al receptor que contiene manosa celular del huésped. Aquí, proporcionamos protocolos para evaluar y comparar la función de las subunidades fimbriales tipo 1 en F18ab fimbriae+ Shiga toxina productora de toxina Escherichia coli (STEC). Descubrimos que tanto FimA como FimH son necesarios para la adhesión, invasión y formación de biopelículas bacterianas. La eliminación del gen fimA mostró una reducción mucho mayor en la adhesión bacteriana y la invasión a las células epiteliales cilíndricas intestinales porcinas IPEC-J2, que la del mutante fimH . La formación de biopelículas se redujo significativamente en ambos mutantes con un nivel igual. Además, la qPCR demostró que la deleción de fimA o fimH regulaba a la baja la expresión de los flagelos bacterianos y de los genes de las fimbrias F18, mientras que la adhesina regulada al alza estaba implicada en la expresión génica de la adherencia difusa I (AIDA-I), lo que sugiere la corregulación de las adhesinas localizadas en la superficie celular en las fimbrias F18ab + STEC.
La adhesión mediada por fimbrias bacterianas facilita la adhesión bacteriana a la superficie de una célula objetivo y establece una infección inicial. Las fimbrias de tipo 1 están ampliamente distribuidas entre Escherichia coli (E. coli) y promueven la unión bacteriana a las células de mamíferos al unirse al receptor que contiene manosa 1,2,3. A diferencia de las cepas patógenas, el 85% de las cepas comensales de E. coli analizadas de origen humano no expresan fimbriasde tipo 1 4, lo que indica su papel crítico en la infección de la enfermedad. Las fimbrias tipo 1 también son factores de virulencia importantes para patógenos extraintestinales, como la E. coli uropatógena (UPEC) y la E. coli causante de meningitis neonatal (NMEC)2,5,6.
Las infecciones causadas por fimbrias F18+ (incluidas dos variantes: ab y ac) Las cepas de E. coli productoras de toxina Shiga (STEC) se asocian con la enfermedad de edema porcino (DE) y la diarrea post-destete (PWD)7. Las fimbrias F18 porcinas + STEC se adhieren a los receptores epiteliales intestinales mediante una variedad de adherencias superficiales, incluidas las fimbrias F18, flagelos, E. coli pilus común (ECP) y la adhesina involucrada en la adherencia difusa (AIDA-I)8,9,10,11. Anteriormente, habíamos investigado la función de las fimbrias tipo 1 en las fimbrias F18ac + ETEC, lo que demostró que las fimbrias tipo 1 facilitan la formación de biopelículas bacterianas y la adhesión a las células huésped12. Sin embargo, dado que la patogenia de las fimbrias F18ab y F18ac + STEC no es totalmente la misma7, el papel de las fimbrias tipo 1 en las fimbrias F18ab + STEC sigue sin estar claro. El bastón fimbrial se compone principalmente de múltiples copias de la subunidad fimbrial principal FimA, y la adhesina FimH se ensambla en una estructura de punta fibrilar que impulsa la unión de las bacterias a la manosa celular del huésped que contiene el receptor13. Utilizando la recombinación λ-Red14, eliminamos con éxito el gen fimA/fimH de una cepa F107/86 de fimbrias F18ab+ STEC (tipo salvaje, O139:H1, Stx2e+), y construimos cepas de complemento para este estudio15.
En este trabajo describimos un protocolo para estudiar la función de las fimbrias bacterianas en la colonización. El ensayo de adhesión de bacterias y el ensayo de invasión son métodos importantes para investigar el rendimiento de la unión fimbrial de las bacterias. Es complicado y costoso realizar un modelo de desafío animal o aislar la línea celular primaria para ensayos de infección adicionales16. Por lo general, ninguno de estos resultados es estable con buena repetibilidad, ya que las diferencias individuales están presentes entre los animales probados. En este estudio se utilizan células IPEC-J2. Se trata de células epiteliales cilíndricas intestinales porcinas que se han aislado del yeyuno medio de un lechón neonatal17. Se trata de un modelo celular estable in vitro para examinar las interacciones de diversos patógenos animales y humanos, incluyendo Salmonella enterica y E. coli patógena, con células epiteliales intestinales18, lo que ayuda a explicar el papel de las fimbrias en la infección intestinal de forma cómoda y rápida. Por lo demás, las células IPEC-1 son otra línea de células epiteliales intestinales porcinas ampliamente utilizadas, en cuyo caso la composición de los receptores celulares es diferente a la de IPEC-J219. Para el estudio de las bacterias patógenas mamarias, es mejor utilizar la línea celular epitelial mamaria MAC-T20. Por lo tanto, para diferentes condiciones patógenas bacterianas, es importante la elección de una línea celular adecuada que imite los entornos in vivo.
Además, el biofilm es otra característica esencial para la supervivencia bacteriana durante la colonización21. En los trabajos anteriores, se utilizaron plata y rojo congo para teñir la formación de biofilm en los tubos de vidrio que mostraron visualmente los resultados22,23. Sin embargo, no se puede medir la diferencia de la capacidad de formación de biopelículas entre las diferentes cepas. Aquí, también presentamos un protocolo para la cuantificación de la formación de biopelículas bacterianas in vitro, que podría evaluar fácilmente la capacidad de las fimbrias en la formación de biopelículas.
Los métodos propuestos en este estudio utilizan una forma in vitro rápida y sencilla para determinar la función de las fimbrias bacterianas durante el proceso de infección bacteriana, lo que puede adaptarse ampliamente a otras investigaciones en el estudio del factor de virulencia en el mecanismo patogénico bacteriano.
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1. Cultivo celular
2. Ensayo de adhesión e invasión de bacterias
3. Ensayo de cuantificación de la formación de biopelículas
4. Aislamiento de ARN y transcripción inversa
5. Análisis qPCR
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FimA es más importante que FimH en la adhesión e invasión de fimbrias F18ab+ STEC a las células IPEC-J2. En comparación con la cepa WT, la eliminación de fimA redujo la adhesión de F18ab fimbrias+ STEC a las células IPEC-J2 en aproximadamente un 86% (p < 0,01), mientras que la eliminación de fimH redujo la adhesión de STEC en aproximadamente un 71% (p < 0,01) (Figura 1A). El bloqueo de la ad...
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Los métodos proporcionados aquí ayudan a determinar de manera eficiente la función de las fimbrias en la colonización bacteriana. Curiosamente, en este estudio, la deleción de fimA mostró un 15% menos de adherencia que el mutante fimH, lo que sugiere que la adhesina de la punta puede no ser el único factor necesario para la adhesión de F18ab fimbriae + STEC y que la subunidad de bastones fimbriales, FimA, también funciona en la adhesión bacteriana (...
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Los autores no tienen nada que revelar.
Este estudio fue apoyado por subvenciones de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (No. 31672579).
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
96-well microplate | Corning | 3599 | adhesion and invasion assay |
96-well microplate(Round bottom) | Corning | 3799 | biofilm formation |
crystal violet | Sinopharm Chemical Reagent | 71012314 | Biofilm staining |
dextrose | Sangon Biotech | A610219 | Culture broth |
Ex Taq | TaKaRa | RR01A | PCR |
F12 medium | Gibco | 11765062 | Cell culture |
FeSO4 | Sangon Biotech | A501386 | Culture broth |
K2HPO4 | Sinopharm Chemical Reagent | 20032116 | Culture broth |
KH2PO4 | Sinopharm Chemical Reagent | 10017608 | Culture broth |
L-Arabinose | Sangon Biotech | A610071 | λ-Red recombination |
MgSO4 | Sinopharm Chemical Reagent | 20025117 | Culture broth |
NaCl | Sinopharm Chemical Reagent | 10019308 | Culture broth |
(NH4)2SO4 | Sinopharm Chemical Reagent | 10002917 | Culture broth |
Micro spectrophotometer | Thermo Fisher | Nano Drop one | Nucleic acid concentration detection |
New-born calf serum | Gibco | 16010159 | Cell culture |
Peptone | Sangon Biotech | A505247 | Culture broth |
PrimeScript RT reagent Kit with gDNA Eraser | TaKaRa | RR047 | qPCR |
Real-Time PCR | Applied Biosystems | 7500 system | qPCR |
RPMI1640 medium | Gibco | 11875500 | Cell culture |
Spectrophotometer | Eppendorf | BioSpectrometer | Absorbance detection |
Spectrophotometer (96-well microplate) | BioTek | Epoch | Absorbance detection |
SYBR Premix Ex Taq II | TaKaRa | RR820 | qPCR |
Tabletop centrifuge | Thermo Fisher | Micro 17(R) | Centrifugation |
thiamine hydrochloride | Sangon Biotech | A500986 | Culture broth |
Triton X-100 | Sangon Biotech | A110694 | adhesion and invasion assay |
TRIzol | Invitrogen | 15596018 | RNA isolation |
Tryptone | Oxoid | LP0042 | Culture broth |
Yeast extract | Oxoid | LP0021 | Culture broth |
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