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Method Article
Les agents pathogènes opportunistes fongiques peuvent provoquer des infections potentiellement mortelles ou mineures, mais les phénotypes non létaux sont souvent ignorés lors de l’étude de la virulence. Par conséquent, nous avons développé un modèle de nématode qui surveille à la fois les aspects de survie et de reproduction de l’hôte afin d’étudier la virulence fongique.
Bien que les agents pathogènes puissent être mortels pour l’homme, beaucoup d’entre eux provoquent une gamme de types d’infections avec des phénotypes non mortels. Candida albicans, un agent pathogène fongique opportuniste de l’homme, est la quatrième cause la plus fréquente d’infections nosocomiales, ce qui entraîne une mortalité de ~40 %. Cependant, d’autres infections à C. albicans sont moins graves et rarement mortelles et comprennent la candidose vulvo-vaginale, affectant ~75 % des femmes, ainsi que la candidose oropharyngée, affectant principalement les nourrissons, les patients atteints du sida et les patients atteints de cancer. Bien que les modèles murins soient le plus souvent utilisés pour étudier la pathogenèse de C. albicans , ces modèles évaluent principalement la survie de l’hôte et sont coûteux, longs et limités dans leur réplication. Par conséquent, plusieurs mini-systèmes modèles, y compris Drosophila melanogaster, Danio rerio, Galleria melonella et Caenorhabditis elegans, ont été développés pour étudier C. albicans. Ces mini-modèles sont bien adaptés au criblage de banques de mutants ou de divers antécédents génétiques de C. albicans. Nous décrivons ici deux approches pour étudier l’infection à C. albicans à l’aide de C. elegans. Le premier est un test de fécondité qui mesure la reproduction de l’hôte et surveille la survie des hôtes individuels. Le second est un essai d’expansion de la lignée qui mesure comment l’infection à C. albicans affecte la croissance de la population hôte sur plusieurs générations. Ensemble, ces tests constituent un moyen simple et rentable d’évaluer rapidement la virulence de C. albicans .
Candida albicans est un agent pathogène fongique opportuniste de l’homme résidant dans différentes niches, notamment la cavité buccale, les voies gastro-intestinales et urogénitales1. Bien qu’il soit généralement commensaux, C. albicans provoque des infections des muqueuses et du sang, ces dernières pouvant être mortelles. La gravité de l’infection à C. albicans dépend de la fonction immunitaire de l’hôte, les individus immunodéprimés étant plus sensibles à l’infection que les individus en bonne santé1. En plus des facteurs liés à l’hôte, C. albicans présente plusieurs traits de virulence, notamment des hyphes, la formation d’un biofilm et la production de protéinases aspartyl sécrétoires (SAP), qui favorisent l’adhésion et l’invasion de C. albicans dans les cellules épithéliales de l’hôte2, et la candidalysine, une toxine peptidique cytolytique 3,4. L’ensemble de ces éléments suggère que la virulence de C. albicans est un phénotype complexe résultant d’une interaction entre l’agent pathogène et son environnement hôte. Par conséquent, il est préférable d’étudier la virulence à l’aide d’organismes modèles qui servent d’environnements hôtes, contrairement aux approches in vitro.
Plusieurs modèles d’hôtes, y compris des organismes vertébrés et invertébrés, ont été développés pour étudier l’infection à C. albicans. Le modèle murin, considéré comme l’étalon-or, est souvent utilisé pour son système immunitaire adaptatif et inné, ainsi que pour sa capacité à surveiller la progression de la maladie à la fois systémiquement et dans des organes spécifiques5. Cependant, ce modèle hôte présente des limites importantes, notamment les coûts de maintenance, le petit nombre de descendants et la diminution de la puissance et de la reproductibilité associées à la petite taille des échantillons5. Par conséquent, d’autres organismes modèles plus simples tels que le poisson-zèbre (Danio rerio), la mouche des fruits (Drosophila melanogaster), la teigne de la cire (Galleria mellonella) et le nématode (Caenorhabditis elegans) ont été développés. Ces organismes modèles non mammifères sont plus petits, nécessitent moins d’entretien en laboratoire et des échantillons de plus grande taille permettent une plus grande puissance et reproductibilité par rapport aux modèles murins. Chacun de ces modèles présente des avantages et des inconvénients spécifiques qui doivent être pris en compte lors du choix d’un modèle d’infection. G. mellonella offre l’environnement physiologiquement le plus similaire à celui de l’homme car il peut être cultivé à 37 °C et possède diverses cellules phagocytaires7. De plus, ce modèle permet l’injection directe d’un inoculum spécifique7. Cependant, il n’existe pas de génome entièrement séquencé et aucune méthode établie pour créer des souches mutantes. Semblable à G. mellonella, le modèle D. rerio permet l’injection directe d’un inoculum spécifique 5,7. Il possède également un système immunitaire adaptatif et inné5, ce qui est unique à ce modèle non mammifère, mais nécessite des bassins de reproduction aquatiques pour être entretenu. D. melanogaster et C. elegans présentent des avantages et des inconvénients similaires, notamment des génomes entièrement séquencés qui sont faciles à manipuler et génèrent des souches mutantes7 mais n’ont pas d’immunité adaptative ni de cytokines7. De tous ces modèles non mammifères, C. elegans a le cycle de vie le plus rapide, s’autoféconde pour générer un grand nombre de descendants génétiquement identiques, et est le plus susceptible d’être dépisté à grande échelle 6,7,8. C. elegans s’est avéré extrêmement puissant pour le criblage à haut débit de médicaments antifongiques 9,10, la caractérisation des facteurs de virulence7 et l’identification des réseaux de défense de l’hôte spécifiques de C. albicans 11. Le système immunitaire inné de C. elegans comporte de multiples composants qui sont hautement conservés chez l’homme12. Les défenses innées de l’hôte comprennent la production de peptides antimicrobiens13 (AMP) et d’espèces réactives de l’oxygène 14,15,16.
La gravité de l’infection à C. albicans est principalement mesurée par la survie de l’hôte, mais ne peut pas saisir les phénotypes de virulence non létales. La reproduction est un aspect souvent négligé de la valeur adaptative de l’hôte, mais plusieurs études suggèrent que C. albicans a un impact sur la reproduction en réduisant la viabilité des spermatozoïdes17,18, ce qui suggère qu’il peut s’agir d’un aspect important de la valeur adaptative de l’hôte à étudier. Par conséquent, l’impact de l’infection à C. albicans sur la fécondité de l’hôte est un moyen utile d’étudier les phénotypes de virulence non létal. Nous avons mis au point deux tests d’infection utilisant C. elegans pour étudier les phénotypes de survie et de reproduction chez des hôtes sains19,20. Nous décrivons ici à la fois les tests de fécondité et d’expansion de lignée. La fécondité mesure à la fois la progéniture produite et la survie d’hôtes uniques, et l’expansion de la lignée évalue les conséquences de l’infection sur trois générations d’hôtes. Nous démontrons comment ces tests peuvent être utilisés pour cribler les mutants de délétion de C. albicans afin de capturer des différences spectaculaires et subtiles dans les phénotypes de virulence létale et non létale.
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1. Étapes préparatoires aux expériences
2. Dosage de la fécondité
REMARQUE : Les données représentatives sont présentées dans le tableau supplémentaire 1 et un schéma dans la figure 1A.
Pour 1 réplica | Condition de contrôle d’E. coli (OP50) | Condition de traitement de C. albicans et E. coli (OP50) | |||||
OP50 | H2O | Total | OP50 | C. albicans | H2O | Total | |
Jour 0 | 6,25 UL | 43,75 UL | 50 UL | 6,25 UL | 1,25 UL | 42,5 UL | 50 UL |
Jours 2-7 | 1,25 UL | 8,75 UL | 10 UL | 1,25 UL | .25 UL | 8,5 UL | 10 UL |
Tableau 2 : Volumes de mastermix de cultures d’E. coli et de C. albicans nécessaires pour infecter les nématodes pour l’essai de fécondité.
Journée d’expérimentation (Jour 0)
3. Essai d’expansion de la lignée
REMARQUE : Les données représentatives sont présentées dans le tableau supplémentaire 2 et un schéma est présenté à la figure 2A.
Condition de contrôle d’E. coli (OP50) | C. albicans et E. coli (OP50). condition de traitement | ||||||
Pour 1 réplica | OP50 | H2O | Total | OP50 | C. albicans | H2O | Total |
1,25 UL | 8,75 UL | 10 UL | 37,5 UL | 7,5 UL | 255 ul | 300 ul |
Tableau 3 : Volumes de mastermix de cultures d’E. coli et de C. albicans nécessaires pour infecter les nématodes pour l’essai d’expansion de la lignée.
Croissance de la population de nématodes : Jour 0
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Nous présentons ici deux tests qui mesurent la virulence de C. albicans en tant que phénotype non létal en utilisant C. elegans comme modèle d’infection. Le premier essai, intitulé « Fécondité », permet de suivre l’impact de l’infection à C. albicans sur les hôtes uniques pour la production et la survie de la descendance. Le deuxième essai, l’expansion de la lignée, mesure l’impact de l’infectio...
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Ici, nous présentons deux tests simples qui mesurent la virulence fongique. Les deux essais exploitent C. elegans comme système hôte qui comprend la surveillance des phénotypes d’hôtes létaux et non létaux. Par exemple, les tests de fécondité étudient le succès reproducteur des hôtes infectés individuels tout en mesurant la survie individuelle. La surveillance quotidienne fournit non seulement la taille totale de la couvée, mais aussi le moment de la reproduction...
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Les auteurs n’ont aucun intérêt concurrent à divulguer.
Nous remercions Dorian Feistel, Rema Elmostafa et McKenna Penley pour leur aide dans le développement de nos tests et la collecte de données. Cette recherche est soutenue par NSF DEB-1943415 (MAH).
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
1.5 mL eppendorf microtubes 3810X | Millipore Sigma | Z606340 | |
100 mm x 15 mm petri plates | Sigma-Aldrich | P5856-500EA | |
15 mL Falcon Conicals | Fisher Scientific | 14-959-70C | |
50 mL Falcon Conicals | Fisher Scientific | 14-432-22 | |
Adenine | Millipore Sigma | A8626 | |
Agar (granulated, bacterilogical grade) | Apex BioResearch Produces | 20-248 | |
Aluminum Wire (95% Pt, 32 Gauge) | Genesee Scientific | 59-1M32P | |
Ammonium Chloride | Millipore Sigma | 254134 | |
Bacterial Cell Spreader | SP Scienceware | 21TP50 | |
BactoPeptone | Fisher BioReagants | BP1420-500 | |
Disposable Culture Tubes (20 x 150 mm) | FIsherBrand | 14-961-33 | |
Dissection Microscope (NI-150 High Intensity Illuminator) | Nikon Instrument Inc. | ||
E. coli | Caenorhabditis Genetics Center | OP50 | |
Glucose | Millipore Sigma | 50-99-7 | |
Medium Petri Dishes (35 X 10 mm) | Falcon | 353001 | |
Metal Spatula | SP Scienceware | 8TL24 | |
Nematode Growth Media (NGM) | Dot Scientific | DSN81800-500 | |
Potassium Phosphate monobasic | Sigma | P0662-500G | |
Sodium Chloride | Fisher Scientific | BP358-1 | |
Sodium Phosphate | Fisher Scientific | BP332-500 | |
Streptomycin Sulfate | Thermo-Fisher Scientific | 11860038 | |
Tryptone | Millipore Sigma | 91079-40-2 | |
Uridine | Millipore Sigma | U3750 | |
Wildtype C. elegans | Caenorhabditis Genetics Center | N2 | |
Yeast Extract | Millipore Sigma | 8013-01-2 |
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