È necessario avere un abbonamento a JoVE per visualizzare questo. Accedi o inizia la tua prova gratuita.
Method Article
Lo Staphylococcus aureus (S. aureus) ha la capacità di diffondersi in tutto il corpo, causando infezioni persistenti e ricorrenti. Per comprendere meglio questi processi, questo studio stabilisce un modello di infezione intracellulare per S. aureus. Questo modello fornirà una base cruciale per studiare i meccanismi alla base delle infezioni intracellulari.
S. aureus può invadere e persistere all'interno delle cellule ospiti, comprese le cellule immunitarie, il che gli consente di eludere il rilevamento e l'eliminazione immunitaria. Questa persistenza intracellulare contribuisce alle infezioni croniche e ricorrenti, complicando il trattamento e prolungando la malattia. Di conseguenza, c'è un bisogno critico di un modello di infezione intracellulare per comprendere, prevenire e trattare meglio le infezioni causate da S. aureus. Questo studio ha indicato che gli antibiotici eliminano efficacemente i batteri extracellulari ma non riescono a sradicare quelli che sono entrati nelle cellule. Pertanto, RAW264.7 ha infettato con S. aureus un'infezione intracellulare stabile in vitro e li ha co-coltivati con antibiotici. Successivamente, è stato stabilito un modello di infezione intracellulare nei topi iniettando macrofagi peritoneali contenenti l'infezione intracellulare. La vancomicina ha eliminato efficacemente le cariche batteriche nei topi sfidati con S. aureus planctonico; Tuttavia, è risultato inefficace contro i topi infettati con livelli uguali o inferiori di batteri intracellulari all'interno dei macrofagi peritoneali. Ciò indica che il modello di infezione intracellulare di S. aureus è stato stabilito con successo, offrendo potenziali intuizioni per la prevenzione e il trattamento delle infezioni intracellulari.
S. aureus è un agente patogeno altamente contagioso che può causare una serie di infezioni, tra cui infezioni della pelle e dei tessuti molli, sepsi, meningite, polmonite ed endocardite1. L'uso clinico improprio di antibiotici ha portato a un aumento della resistenza in S. aureus e all'emergere di Staphylococcus aureus resistente alla meticillina (MRSA), che rappresenta una significativa minaccia per la salute pubblica in molti paesi2.
Sebbene S. aureus non sia tradizionalmente classificato come patogeno intracellulare, prove emergenti suggeriscono che può colonizzare in modo persistente le cellule ospiti dopo l'invasione3. La capacità di S. aureus di sopravvivere intracellulare all'interno dei fagociti dell'ospite è sempre più riconosciuta come un meccanismo che facilita l'infezione metastatica e la disseminazione in tutto l'ospite 4,5,6. S. aureus secerne vari fattori di virulenza, che creano un ambiente immunitario che ne favorisce la sopravvivenza e complica la capacità dell'ospite di eliminarlo completamente7. Il regolatore genico accessorio (agr) e gli elementi helper dello stafilococco (Sae) sono due importanti regolatori di virulenza strettamente correlati alla sopravvivenza dello Staphylococcus aureus nei fagociti 8,9. Il sistema agr è un meccanismo di quorum-sensing che regola l'espressione di numerosi fattori di virulenza in S. aureus. Controlla la produzione di tossine e altri fattori che facilitano la sopravvivenza e la diffusione batterica. Durante l'infezione intracellulare, il sistema agr svolge un ruolo critico nella regolazione dei fattori di virulenza che sono essenziali per la capacità del batterio di eludere le risposte immunitarie dell'ospite e sopravvivere all'interno delle cellule ospiti. Gli studi hanno dimostrato che il sistema agr influenza la capacità del batterio di sfuggire ai fagosomi e persistere all'interno dei macrofagi. L'assenza di agr può portare a una ridotta sopravvivenza batterica all'interno delle cellule ospiti e a una diminuzione della virulenza10,11. Il sistema Sae è un sistema regolatorio a due componenti che controlla l'espressione di diversi fattori di virulenza in S. aureus. È coinvolto nella regolazione delle tossine e degli enzimi che contribuiscono alla capacità del batterio di invadere e danneggiare i tessuti ospiti. Il sistema Sae svolge anche un ruolo cruciale nella sopravvivenza intracellulare di S. aureus. Influenza la capacità del batterio di resistere all'uccisione da parte dei fagociti ospiti e di eludere la degradazione autofagica12,13.
Quando i patogeni invadono, i macrofagi hanno funzioni fagocitarie, che possono inghiottire e uccidere i patogeni estranei e attivare la risposta immunitaria adattativa14. La maggior parte dei batteri invasori viene fagocitata dai macrofagi, che quindi attivano vari meccanismi di uccisione per eliminarli. Tuttavia, alcuni batteri S. aureus possono sopravvivere all'interno dei macrofagi, portando a un'infezione persistente dell'ospite. Oltre alle proteine batteriche, l'ospite influisce anche sulla sopravvivenza e sulla proliferazione di S. aureus all'interno dei macrofagi secernendo citochine 15,16,17. Alcuni studi indicano che S. aureus può eludere la degradazione risiedendo negli autofagosomi, creando una nicchia intracellulare che promuove la disseminazione18. S. aureus sfugge alla degradazione autofagica bloccando il flusso autofagico (ad esempio, LC3-II, p62) e aumentando il pH all'interno degli autolisosomi dopo l'invasione dei macrofagi19. Questa evasione immunitaria si ottiene attraverso la regolazione dei fattori di virulenza e dell'autofagia di S. aureus, portando a infezioni persistenti e nascoste.
L'eliminazione delle infezioni intracellulari di S. aureus è fondamentale per la gestione delle infezioni persistenti e latenti nella pratica clinica. Attualmente, gli antibiotici sono il trattamento principale per le infezioni da S. aureus, con la vancomicina che funge da ultima linea di difesa per le infezioni da MRSA20,21. Tuttavia, numerosi studi hanno dimostrato che gli antibiotici esistenti sono inefficaci nell'eliminare S. aureus intracellulare, sia in vivo che in vitro 22,23,24.
Attualmente non esiste uno standard unificato per i vari modelli di infezione intracellulare di S. aureus 25,26,27, poiché le condizioni di ciascun modello differiscono in modo significativo. Di conseguenza, gli stessi criteri non possono essere applicati per valutare l'efficacia di tali modelli. In questo studio, abbiamo stabilito un modello di infezione intracellulare universale di Staphylococcus aureus ottimizzando le condizioni sperimentali. Questo modello offre una maggiore comodità rispetto ad altri, in quanto consente l'infezione iniziale dei batteri in cellule in vitro, seguita dalla consegna di queste cellule infette nel corpo.
Per comprendere meglio i meccanismi dell'infezione intracellulare da S. aureus e sviluppare farmaci correlati, abbiamo stabilito modelli sia in vitro che in vivo . Un modello stabile di infezione intracellulare è stato creato con successo in vitro infettando RAW264.7 e co-coltivandolo con antibiotici. Quindi, i macrofagi peritoneali sono stati estratti e formati in infezioni intracellulari. Un modello di infezione intracellulare nei topi è stato stabilito iniettando questi macrofagi peritoneali.
Gli animali da esperimento, topi femmina BALB/c di 6-8 settimane privi di patogeni specifici (SPF), sono stati acquistati dalla Beijing HFK Bioscience Co., Ltd (Pechino, Cina). Tutti gli studi sugli animali sono stati approvati dal Comitato per il Benessere e l'Etica degli Animali da Laboratorio della Terza Università Medica Militare e sono stati eseguiti in conformità con le politiche e le linee guida istituzionali e nazionali per l'uso degli animali da laboratorio. I topi sono stati tenuti e vaccinati in strutture SPF e hanno avuto libero accesso a cibo e acqua sterili. Gli animali sono stati divisi in modo casuale in gruppi e hanno avuto un tempo di adattamento di almeno 7 giorni prima dell'inizio degli esperimenti.
1. Preparazione per S. aureus
2. Definizione di un modello di infezione intracellulare in vitro
3. Definizione di un modello di infezione intracellulare in vivo
I modelli di infezione intracellulare di S. aureus sono stati stabiliti con successo sia in vitro che in vivo. Ottimizzando le condizioni sperimentali per la fagocitosi ed estendendo sia la concentrazione che la durata del trattamento antibiotico, alcuni S. aureus sono sopravvissuti all'interno dei macrofagi (Figura 1). Per valutare ulteriormente la resistenza agli antibiotici di S. aur...
S. aureus, come patogeno intracellulare facoltativo, può invadere e sopravvivere in vari tipi di cellule, utilizzando questa capacità di eludere gli antibiotici e le risposte immunitarie durante l'infezione30. Questo studio ha stabilito un modello di infezione intracellulare di S. aureus in vivo per fornire una base per lo studio dei meccanismi di infezione intracellulare del patogeno. Esplorando l'impatto di vari valori di MOI sulla fagocitosi...
Gli autori dichiarano di non avere interessi concorrenti.
Questo lavoro è stato sostenuto dalla National Natural Science Foundation of China (NSFC, Grant No.32300779, NO.32270989), dalla Natural Science Foundation di Chongqing (CSTB2022NSCQ-MSX0156), dal Science and Technology Research Project della Chongqing Education Commission (KJQN202312802) e dalla China Postdoctoral Science Foundation (2024M754250).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
24-well plate | Corning Incorporated, USA | 3524 | |
4 % paraformaldehyde solutione | BBI, UK | E672002-0500 | |
6-well plate | Corning Incorporated, USA | 3516 | |
Beef extract powder | BBI, UK | A600114-0500 | |
Biohazard safety equipment | Heal force, China | VS-1300L-u | |
Cell incubator | ESCO, Singapore | CCL-170B-8 | |
Cell scraper | Nest | 710001 | |
Centrifuge M1416R | RWD, China | M1416R | |
Centrifuge tube | Guanghou Labselect, China | CT-002-50A | |
Confocal laser scanning microscope (CLSM) | Zeiss, Germany | 880 | |
Confocal petri dish | Biosharp, China | BS-20-GJM | |
DAPI dye | Shanghai Beyotime, China | C1006 | |
DIL working fluid | Shanghai Beyotime, China | C1991S | |
Dulbecco’s Modified Eagle Medium | Thermo Gibco, USA | C11995500BT | |
Fetal Bovine Serum | Hyclone | SV30208.02 | |
Gentamycin | Shanghai Sangon, China | B540724-0010 | |
Incubator | Shanghai Hengzi, China | HDPF-150 | |
Lysozyme | Beijing Solarbio, China | L9070 | |
MRSA252 | Third Military Medical University, China | null | |
MRSA252(GPF) | Third Military Medical University, China | null | |
Penicillin and Streptomycin | Shanghai Beyotime, China | C0222 | |
Phosphate Buffer Solution | Shanghai Beyotime, China | ST476 | |
Saline | Sichuan Kelun, China | null | |
Sodium chloride | Shanghai Macklin, China | S805275 | |
Starch soluble | Shanghai Sangon, China | A500904-0500 | |
Triton X-100 | Shanghai Beyotime, China | P0096-100ml | |
Tryptic Soy Agar (TSA) plates | Beijing AOBOX Biotechnology Co., LTD,China | 02-130 | |
Tryptic Soy Broth (TSB) medium | Beijing AOBOX Biotechnology Co., LTD,China | 02-102K | |
Tryptone | OXOID, UK | LP0042B | |
Vancomycin | Shanghai Beyotime, China | ST2807-250mg | |
RAW264.7 cell | USA, ATCC | null |
Richiedi autorizzazione per utilizzare il testo o le figure di questo articolo JoVE
Richiedi AutorizzazioneThis article has been published
Video Coming Soon