We would like to thank Dr. Hiroshi Miyazaki, Dr. Scott Henderson, Dr. Todd Kitten, Dr. Justin Hutcherson, Dr. Catherine Jauregui, and Collin R. Berry. This work was supported by NIH NIDCR grants R01DE016124, R01DE018039, and R01DE023304 to J.P. Lewis.
Microscopy was performed at the VCU Department of Anatomy and Neurobiology Microscopy Facility, supported, in part, with funding from NIH-NINDS Center core grant (5P30NS047463).

I seguenti protocolli descrivono i metodi per la coltura e lo studio l&#39;invasione da parte della specie anaerobiche, P. gingivalis; Tuttavia, possono essere utilizzati tali protocolli per un certo numero di agenti patogeni anaerobici. Anche se vengono utilizzati HUVECs, questo protocollo può essere utilizzato per altre cellule eucariotiche sia immunitarie e non immuni. 1. anaerobica Camera uso e manutenzione Nota: P. gingivalis è un anaerobio sensibile ai normali livelli di ossigeno riscontrati nell&#39;aria ambiente. Un ambiente anaerobico controllato è di vitale importanza per la coltivazione del P. gingivalis. <ol><li> Qui, mantenere un&#39;atmosfera artificiale designato come gas anaerobico misto (80% N 2, 10% H 2, 10% CO 2) in una camera di vinile anaerobica (Figura 1A). Utilizzare una camera di compensazione (Figura 1B) per trasferire oggetti dall&#39;ambiente di laboratorio alla camera anaerobica. La camera di compensazione opera manualmente, twspurgo ghiaccio con N 2 gas prima di introdurre il gas misto anaerobico. </li><li> Utilizzare una colonna di rimozione dell&#39;idrogeno solforato (Figura 1C) per la rimozione del solfuro di idrogeno indesiderabile senza manutenzione. Collocare un deumidificatore entro la camera per rimuovere H 2 O creato dal catalizzatore e per evitare aerosol che facilitano la diffusione della contaminazione. Nota: L&#39;idrogeno solforato è un sottoprodotto metabolico naturale di molti batteri anaerobici e l&#39;accumulo è tossica per i batteri e può provocare danni all&#39;elettronica e diminuire la durata di un catalizzatore. </li><li> Utilizzare una scatola ventilatore per far circolare l&#39;atmosfera della camera attraverso un catalizzatore di palladio, che rimuove l&#39;ossigeno in presenza di idrogeno (Figura 1D). Nota: Un atmosferico (HEPA) ricircolo rimuove i contaminanti presenti nell&#39;aria con una dimensione di 0,22 micron o più grandi. </li><li> Batteri anaerobici cultura a 37 ° C incubatore che si trova all&#39;interno del anaerobicacamera. Utilizzare tecniche asettiche standard, quando si lavora all&#39;interno della camera anaerobica. </li></ol><img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/53408/53408fig1.jpg" /> Figura 1. camera anaerobica vinile e dei suoi componenti. (A) Una camera anaerobica vinile sigillato completamente dall&#39;ossigeno atmosferico fornisce spazio di lavoro per due persone alla volta (32 in x 78 in). Contiene un incubatore a 37 ° C (posteriore centrale). (B) una camera di compensazione è utilizzato per il trasferimento di articoli dalla ambiente di laboratorio alla camera anaerobica. Nell&#39;immagine è una camera di compensazione automatica gestito tramite un controller che può essere programmato per eseguire automaticamente le procedure di vuoto e spurgo necessarie per creare un ambiente anaerobico. (C) Un acido solfidrico Colonna rimozione fornisce rimozione elevata capacità esente da manutenzione di indesiderabile idrogeno solforato. (D) Due contenitori di fan catalizzatore sonoposto in tutta la camera anaerobica per favorire la circolazione dell&#39;atmosfera della camera attraverso il palladio catalizzatore, che, in presenza di idrogeno, rimuove l&#39;ossigeno. La camera di anaerobico è impostato secondo le istruzioni del produttore. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53408/53408fig1large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> 2. Preparazione di batteri anaerobici Nota: P. gingivalis è aerotolleranti e può essere conservato in condizioni aerobiche, ma non crescerà in presenza di ossigeno a livelli superiori a 6% 17,18. Una camera anaerobica è necessario per il corretto coltivazione di P. gingivalis e altre specie anaerobiche (Figura 1). È necessaria una formazione adeguata e di educazione sull&#39;uso camera anaerobica prima di lavorare con microanaerobes 19. <ol><li> Equilibrare tutti i liquidi e le piastre a condiz anaerobicaioni per almeno 12 ore prima della sperimentazione per rimuovere l&#39;ossigeno residuo. </li><li> Trasferimento P. gingivalis da -80 ° C freezer alla camera anaerobica, lasciate disgelo. </li><li> Streak P. gingivalis su piastre di agar sangue soia Trypticase (TSA II con il 5% di sangue di montone). Wrap piastre in parafilm e conservare a 37 ° C in un incubatore anaerobico per 4-7 giorni. </li><li> Seminare P. gingivalis in 3 ml di Brain Heart Infusion (BHI) brodo integrate con emina e menadione, un arricchiti terreni liquidi non selettivi per l&#39;isolamento e la coltura di anaerobi e microrganismi esigenti, usando i loop sterili. Nota: Per la conservazione a lungo termine, mescolare colture batteriche preparate in BHI con glicerolo o DMSO (concentrazione finale 10-20%) e posto in una -80 ° C freezer. </li><li> Preparare una coltura starter di P. gingivalis facendo una diluizione 1:10 e permettendo ai batteri di crescere fino a metà fase di log. </li></ol> Nota: La densità ottica del bacsospensione riale è determinato e la concentrazione di batteri per ogni ceppo da esaminare viene regolata. Per P. gingivalis una sospensione a OD 660 di 0,7 corrisponde alla fase di mid-log e ~ 7 x 10 8 cellule / ml. Condizioni di crescita descritte nel protocollo di cui sopra sono specifici per P. gingivalis e potrebbero dover essere adattato per altri ceppi batterici. 3. Endothelial Cell Culture Nota: Acquisto pool HUVECs primarie e cultura a medio basale contenenti fattori di crescita endoteliale vascolare (VEGF) a 37 ° C in 5% di CO 2 in base alle istruzioni del produttore. <ol><li> HUVECs Seed in T-75 palloni a 2.5 x 10 5 cellule / fiasco in 15 ml mezzi VEGF. Nota: Controllare la redditività attraverso una diluizione 1: 1 con il 4,0% trypan blu. Le cellule con una membrana compromessa manterrà trypan blu, le cellule sane con membrana è ancora intatta appariranno bianco se visti al microscopio ottico binoculare. Count 100 cellule, in modo che oltre l&#39;80% delle cellule sono vitali 20. </li><li> Sostituire i media ogni 2 giorni con pre-riscaldato supporti VEGF fresco fino a cellule raggiungono ~ 80% di confluenza. </li><li> Lavare le cellule una volta con PBS preriscaldata. Liberate cellule dal matraccio T75 incubando con 2 ml di tripsina-EDTA (0,25%) per 5 min seguita da soluzione neutralizzante 2 ml di tripsina. </li><li> Raccogliere HUVECs sospesi in un tubo da 50 ml. Lavare le cellule in più dal T-75 palloni con PBS e trasferire 50 ml provette coniche. </li><li> Cellule centrifugare a 200 xg per 10 min. </li><li> Rimuovere il surnatante, sospendere pellet cellulare in 10 ml di media VEGF pre-riscaldato. </li><li> Determinare la concentrazione cellulare mediante un emocitometro o un dispositivo simile conteggio delle cellule. </li><li> Calcola quantità di sospensione cellulare per aggiungere a uno 6-pozzetti (400.000 / pozzetto) o 12-pozzetti con coprioggetto (50.000 / pozzetto). HUVECs sarà pronto per la sperimentazione del giorno successivo. </li></ol> 4. La sopravvivenza Assay Invasion / Interazione(Placcatura) Nota: Quando si esegue questo test, preparare due 6 pozzetti delle cellule endoteliali seminate a 400.000 cellule / pozzetto. Una piastra sarà utilizzato per valutare batteri attaccati da e interiorizzati da cellule ospiti. L&#39;altra piastra rappresenterà per i batteri intracellulari. La piastra da 6 pozzetti consente triplicato di due campioni da eseguire in un esperimento. Per una descrizione di questo protocollo fare riferimento al diagramma di flusso del test di sopravvivenza (Figura 2). <ol><li> Preparare batteri anaerobici come sopra descritto (vedi capitolo 1) fino a raggiungere una crescita mid-log (OD 660 0,5-0,7). </li><li> Batteri centrifugare a 5.000 g per 10 min. Nota: se centrifuga è al di fuori della camera anaerobica, trasportare i campioni batterici in un tubo ben chiuso da 15 ml, avvolgere il tappo con parafilm per evitare perdite di ossigeno. </li><li> Posizionare pellettato P. gingivalis indietro nella camera, scartare il surnatante. Lavare con PBS, batteri pellet di nuovo prima di risospendere in VEGF media. Preparare sospensioni per tutti i ceppi batterici da testare a OD 660 di 0,7 che corrisponde alla fase di mid-log (~ 7 x 10 8 cellule / ml). I batteri sono ora pronti per l&#39;infezione. </li><li> Trasferimento 6-pozzetti contenenti HUVECs dal tessuto cultura incubatore nella camera anaerobico. Rimuovere i supporti e lavare tre volte con PBS anaerobica. Aggiungere 2 ml di media VEGF anaerobica in ciascun pozzetto e posizionare le piastre a 37 ° C in incubatore anaerobico per 20 min per equilibrare la temperatura per l&#39;infezione. Nota: i batteri piastra su piastre di agar sangue per garantire quelli utilizzati per le infezioni sono omogenei e non contaminati dopo l&#39;infezione. </li><li> Infect cellule ospiti con batteri ad una molteplicità di infezione (MOI batteri: host) di 100: 1. Nota: numero di cellule HUVEC è determinato eseguendo un test di esclusione del trypan una singola ben prima dell&#39;infezione. Numero di cellule batteriche viene determinata mediante densità ottica (ad esempio, 0,5 OD = 5 x 10 8 cellule / ml). Bconcentrazione acterial viene regolato alla corretta MOI basato sulla concentrazione HUVECs 21. </li><li> Mettere 6 pozzetti con HUVECs infetti in incubatrice anaerobica e permettono ai batteri di interagire con le cellule ospiti per 30 min. </li><li> Preparare saponina in BHI (1,0% w / v) all&#39;interno della camera anaerobica e filtrata attraverso un filtro da 0,2 micron. </li><li> La sopravvivenza di entrambi i batteri attaccati e interiorizzato. <ol><li> Rimuovere le piastre dal termostato, i media aspirare, lavare tre volte con anaerobica PBS e aggiungere 2 ml di filtrati 1,0% saponina (preparato come descritto al punto 4.8). Incubare per 15 minuti per consentire la lisi della cellula ospite. </li><li> Raschiare fondo di ogni pozzetto con raschietto cellulare. Raccogliere la miscela di cellule da ciascun pozzetto e fare una diluizione 1: 1 in BHI. </li><li> Procedere per fare diluizioni seriali del campione. A seconda delle specie batteriche e concentrazione, regolare diluizioni seriali. Iniziare con 1: 100 o 1: 1.000 diluizioni. </li><li> Piatto 200 ml di diluizione desiderata su piastre di agar sangue. Wrap tegli piastre in parafilm e posto in incubatrice anaerobica a 37 ° C. </li><li> A seguito di sette giorni di incubazione a 37 ° C, rimuovere le piastre e contare unità formanti colonie (CFU) utilizzando una scatola luminosa di contare manualmente colonie. Nota: CFU vengono enumerati. Per grandi quantità di CFU, le immagini possono essere prese e software possono essere utilizzati per facilitare l&#39;enumerazione di CFU. </li></ol></li><li> La sopravvivenza dei batteri interiorizzato. <ol><li> Rimuovere le piastre dal termostato. Lavare tre volte con PBS e anaerobica aggiungere media 2 ml di VEGF con integrate antibiotici (300 mg / ml di gentamicina e 400 ug / ml di metronidazolo). </li><li> Incubare per 1 ora. Assicurati di testare gli antibiotici in modo che siano al 100% efficace nell&#39;uccidere il ceppo batterico desiderato e fare in modo che essi non penetrano le cellule ospiti 22,23. </li><li> Aspirare il terreno, aggiungere 2 ml di filtrato 1,0% saponina. Incubare per 15 minuti per consentire la lisi della cellula ospite. </li><li> Raschiare inferiore di ogni well con raschietto cellulare. Raccogliere la miscela di cellule da ciascun pozzetto e rendere diluizione 1: 1 in BHI. </li><li> Preparare diluizioni seriali del campione (1: 100, 1: 1000). </li><li> Piatto 200 ml di diluizione desiderata su piastre di agar sangue. Avvolgere piastre in parafilm e posto in incubatrice anaerobica. </li><li> Dopo sette giorni di incubazione a 37 ° C togliere piastre e contare CFU. </li></ol></li></ol><img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/53408/53408fig2.jpg" /> Figura 2. Rappresentazione schematica di un protocollo utilizzato per la sopravvivenza dei batteri anaerobici con cellule eucariotiche. Entrambi i test per una sopravvivenza batterica totale e la sopravvivenza di batteri internalizzati possono essere eseguite contemporaneamente. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53408/53408fig2large.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> 5. internalizzazione di batteri in Ce HostLLS (Fluorescent Microscopy) Nota: P. gingivalis è etichettato con 2 &#39;, 7&#39;-Bis- (2-carbossietil) -5- (e-6) -Carboxyfluorescein, acetossimetil Ester (BCECF-AM). BCECF-AM è un colorante membrana permeabile non fluorescente; la sua conversione a BCECF fluoresceina tramite l&#39;azione di esterasi intracellulari può indicare la vitalità cellulare. P. gingivalis è etichettato con il BCECF-AM colorante e poi utilizzato per infettare le cellule eucariotiche. A seguito di infezione, le cellule vengono fissate ed etichettati con DAPI e TRITC-falloidina. La macchia DAPI utilizzato per colorare il nucleo della cellula eucariotica anche etichettare nucleo della cellula batterica, che fornisce una contromisura per identificare i batteri non vitali che non possono metabolicamente fendere BCECF-AM. Cellule ospiti sono evidenziati con TRITC-falloidina, un actina colorante rosso. <ol><li> Coprioggetti Autoclave. Aggiungere asetticamente coprioggetti a piastre da 12 pozzetti prima della semina cellule endoteliali a 5 x 10 4 cellule / pozzetto. (Giorno preparati prima dell&#39;esperimento) </li><li&gt; hanno cellule endoteliali preparati su 18 mm (# 1.5) spessore coprioggetto circolari in piastre da 12 pozzetti come descritto sopra. </li><li> Preparare batteri anaerobici cresciuti a metà fase di log (OD 660 = 0,5-0,7), come descritto nella sezione 1. </li><li> Batteri Lavare 2x con PBS anaerobica per centrifugazione a 5.000 xg e sospende pellet in PBS a 5-7 x 10 8 cellule / ml. </li><li> Aggiungere 20 ml di 0,2 mM BCECF-AM a 2 ml di sospensione batterica (5-7 x 10 8 cellule / ml) ad una concentrazione finale di BCECF-AM di 2 mM. </li><li> Incubare a 37 ° C per 30 minuti al buio. </li><li> Piastre di trasferimento con le cellule endoteliali seminate su 18 mm (# 1.5 spessore) lamelle circolari dal coltura tissutale incubatore nella camera anaerobico. Lavare con PBS e scambio con i media VEGF anaerobica. Nota: Verificare che HUVECs sono sani al microscopio ottico. HUVECs dovrebbe essere ~ 80% confluenti, morfologia dovrebbe essere paragonabile ai produttori. </li><li> Centrifuga etichettato batteri a5.000 xg per 10 min per rimuovere residui di colorante BCECF-AM. Sospendere in 2 ml di mezzi VEGF anaerobica. </li><li> Infettare le cellule ospiti con batteri etichettati a MOI di 100: 1 (batteri: host). </li><li> Incubare in ambiente anaerobico a 37 ° C per 30 min. </li><li> Dopo che le cellule lavare infezione con PBS per tre volte e fissare in preparati al momento 4,0% paraformaldeide per 10 min. Nota: Dopo aver fissato le cellule, esperimento può essere condotto all&#39;esterno della camera anaerobica. </li><li> Lavare coprioggetto con PBS per tre volte. </li><li> Aggiungere 1 ml di 0,2% Triton X-100 per 10 min. </li><li> Lavare coprioggetto con PBS per tre volte. </li><li> Aggiungere 50 ml di TRITC falloidina (50 mg / ml) per vetrini per 45 min. </li><li> Lavare coprioggetto tre volte, togliere dal 12-pozzetti e posto su un vetrino con mezzo di montaggio morbido-set contenente DAPI. Sigillare i lati con smalto. Nota: vetrini possono essere conservati per un paio di mesi al buio. Evitare l&#39;esposizione alla luce per evitare che foto-sbiancamento. </li><li> Vista diapositiveutilizzando un microscopio confocale. <ol><li> Qui, utilizzare un sistema di 34 canali spettrali (rivelatore a serie di 32 canali e due rivelatori PMT lato, oltre a un rilevatore di luce trasmessa) configurato attorno ad un AxioObserver (invertito) stare con uno stadio XY motorizzato. Il sistema dispone di cinque laser: diodo blu (405 nm), multi-linea Argon (458, 488, 514 nm), LED verde (561 nm), rosso HeNe (633 nm) e un laser pulsato 440 nm. Dotare di un sistema di imaging a vita a fluorescenza con 2 rilevatori GaAsP ibridi (per FRET-FLIM). </li><li> Rileva la fluorescenza da DAPI e TRITC in un canale usando un filtro dual-band con lunghezze d&#39;onda di eccitazione di 340-380 nm e 540-560 nm, ed un filtro per le emissioni di 435-485 nm e 570-590 nm, rispettivamente. Rileva la fluorescenza da BCECF-AM utilizzando un filtro di eccitazione con lunghezza d&#39;onda di 440-500 nm e un filtro di emissione di 510-590 nm. Nota: Controlli per BCECF-AM dovrebbe essere fatto su ogni ceppo batterico in fase di studio per garantire la corretta etichettatura dei batteri vitali. In primo luogo verificare che nonviabbatteri LE sono DAPI-positivi e BCECF-negativi. In secondo luogo, in modo che batteri vivi possono metabolizzare BCECF-AM in fluoresceina BCECF. Concentrazioni variabili dei batteri o BCECF-AM dye possono avere bisogno di essere testati per l&#39;etichettatura ottimale. </li></ol></li></ol>

Authors have nothing to disclose.

Tutti i metodi di cui sopra possono essere utilizzati per progettare saggi specifici per valutare l&#39;interazione di batteri anaerobici con cellule eucariotiche. Tuttavia, ci sono diverse considerazioni per eseguire con successo gli esperimenti. Innanzitutto sono i ceppi microbici essere utilizzati in uno studio. E &#39;fondamentale nel confronto di due ceppi sia con il saggio di sopravvivenza come anche per microscopia che sono in fase di crescita simili e raggiungono concentrazioni cellu...

Batteri anaerobici colonizzano quasi tutte le superfici del corpo umano. Sebbene predominante nella flora dei tratti intestinali e genito-urinario in cui le concentrazioni di ossigeno sono bassi, esistono anche ad alti livelli sulla pelle, bocca, naso e gola 1. I batteri anaerobici sono una causa comune di infezioni endogene e sono spesso isolati da siti malati. Tuttavia, a causa della loro natura esigente, anaerobi possono essere difficili da isolare e cultura. Gli studi che coinvolgono batteri anaerobi devono essere effettuate in condizioni ristrette. Tecniche anaerobico-cultura moderna permettono ai ricercatori di imitare le impostazioni anaerobici necessarie per studiare molti ceppi di laboratorio anaerobica o addirittura isolati clinici 2,3. Batteri anaerobi patogeni hanno sviluppato un rapporto dinamico e co-evoluzione con le cellule ospiti in cui risiedono. La maggior parte degli anaerobi sono suscettibili di aver ucciso dalla risposta immunitaria dell&#39;ospite prima di raggiungere infectii livelli di unità organizzative. Tuttavia, alcuni batteri patogeni hanno sviluppato meccanismi per sfuggire o sovvertire la risposta immunitaria dell&#39;ospite. Compiono questo obiettivo attraverso meccanismi quali l&#39;evasione del riconoscimento immunitario, la neutralizzazione dei mediatori immunitari, alterazione di immunità cellulo-mediata, l&#39;invasione delle cellule ospiti e l&#39;alterazione delle immunitario segnalazione 4. Porphyromonas gingivalis, un anaerobio gram-negativi implicati sia orale e malattie extraorali, è un esempio di un batterio patogeno altamente adattato in grado di provocare cambiamenti patogeni nell&#39;ospite 5-7. Sacche di biofilm placca accantonati in profonde fessure formatesi tra i denti e tessuto mucoso gengivale può ospitare batteri anaerobici che sono protetti dall&#39;ossigeno atmosferico 8. Queste tasche parodontali servono come una nicchia per vari patogeni anaerobici, come P. gingivalis 9. P. gingivalis è un patogeno chiave di volta che è in grado di rimodellareing comunità microbica orale in modo da promuovere lo sviluppo e la progressione delle malattie parodontali 10. Produce un gran numero di fattori di virulenza che sono attivi contro un ampio spettro di proteine ​​dell&#39;ospite e fornisce meccanismi per evasione di difese dell&#39;ospite 11. È anche in grado di invadere epiteliali, endoteliali, fibroblasti e cellule del legamento parodontale in vitro e in vivo 12-14 15. Con efficacemente invadere cellule ospiti, P. gingivalis può sfuggire immunità dell&#39;ospite. Invasione efficace delle cellule ospiti non solo permette al batterio di sfuggire difese dell&#39;ospite ma serve anche da serbatoio per il futuro reinfezione e altera la cellula ospite. Sono necessari studi sui meccanismi molecolari coinvolti nella adesione e internalizzazione del batterio da cellule ospiti. La ricerca in diversi laboratori è focalizzata sulla comprensione degli eventi molecolari associati con l&#39;internalizzazione di P. gingivalis da parte delle cellule ospitinonché i meccanismi utilizzati per sopprimere e dirottare la risposta immunitaria e sopravvivere i meccanismi di difesa dell&#39;ospite ostili. Ci sono molti saggi in grado di identificare e caratterizzare agenti patogeni che sono in grado di invadere cellule ospiti. Tuttavia, studi in vitro con patogeni anaerobici presentano molti problemi sperimentali per il ricercatore principalmente perché è difficile da eseguire studi che si basano su strumenti ingombranti in assenza di ossigeno. La situazione è aggravata dal fatto che le cellule eucariotiche hanno bisogno di ossigeno per crescere e quindi devono essere preparati separatamente in incubatori di coltura dei tessuti. Un modo per evitare tali ostacoli sarebbe quella di effettuare gli studi sotto ossigeno atmosferico, ma che avrebbe fatto la crescita di batteri anaerobi impossibile. Un altro metodo sarebbe quello di utilizzare i batteri ucciso al calore di infettare e studiare le interazioni ospite-cellulari. Tuttavia, esistono delle differenze tra batteri ucciso al calore e vitali che diminuiscono la pertinenza della dello s ospite-patogenosu 16. E &#39;centrale per studiare batteri vitali con l&#39;espressione inalterata l&#39;interazione con le cellule ospiti; quindi, i metodi per la coltura di P. gingivalis in un ambiente anaerobico sono dati. Inoltre, sono dimostrati due protocolli convenienti semplici per valutare la capacità di P. gingivalis da interiorizzato da vena cellule umane endoteliali (ombelicali HUVECs). Il primo protocollo si basa sul popolare protection assay antibiotico. Anche se il test è semplice, le considerazioni quando si utilizza microrganismi anaerobi sono dati. Il secondo protocollo richiede l&#39;uso di un microscopio a scansione a fluorescenza per visualizzare interagire e internalizzata P. gingivalis. Ogni test ha i suoi limiti e vantaggi che verranno discusse a rilasciare al ricercatore uno schema per studiare l&#39;invasività dei batteri anaerobici. Anche se il manoscritto corrente studia P. gingivalis e HUVEC, questi protocolli possono essere usati per molti altri batteri anaerobici ecome per altri tipi di cellule ospiti.

<table><tbody><tr><td>Vinyl Anaerobic Chamber-Type B</td><td>Coy Laboratory Products</td><td></td><td>Model 2000 incubator&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>TSA II Trypticase Soy Agar with 5% Sheep Blood</td><td>BBL</td><td>221261</td><td></td></tr><tr><td>Human Umbilical Vein Endothelial Cells 10-donor Pool</td><td>LifeLine Technology</td><td>FC-0044</td><td></td></tr><tr><td>VascuLife VEGF Medium Complete Kit</td><td>LifeLine Technology</td><td>LL-0003</td><td></td></tr><tr><td>TrypKit</td><td>LifeLine</td><td>LL-0013</td><td></td></tr><tr><td>Saponin</td><td>Riedel-de Haen</td><td>16109</td><td></td></tr><tr><td>Gentamicin Sulfate Salt</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>G-1264</td><td></td></tr><tr><td>Metronidazole</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>M-3761</td><td></td></tr><tr><td>BCECF-AM</td><td>LifeTechnologies</td><td>B1150</td><td></td></tr><tr><td>TRITC Phalloidin&amp;nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P1951</td><td></td></tr><tr><td>18 mm Circular Coverslips</td><td>Electron Microscopy Sciences</td><td>72222-01</td><td></td></tr><tr><td>VectaShield Mounting Medium with DAPI</td><td>Vector Laboratories</td><td>H-1200</td><td></td></tr></tbody></table>

porphyromonas gingivalis as a model organism for assessing interaction of anaerobic bacteria with host cells

I batteri anaerobici lontano superano aerobi in molte nicchie umani, come l&#39;intestino, bocca e vagina. Inoltre, infezioni anaerobiche sono comuni e spesso di origine indigena. La capacità di alcuni agenti patogeni anaerobici di invadere le cellule umane dà loro misure di adattamento per sfuggire immunità innata nonché per modulare il comportamento della cellula ospite. Tuttavia, garantire che i batteri anaerobici sono vivo durante un&#39;indagine sperimentale degli eventi che può porre problemi. Porphyromonas gingivalis, un anaerobio Gram-negativi, è in grado di invadere una varietà di cellule non fagocitiche eucariotiche. In questo articolo viene descritto come con successo la cultura e valutare la capacità di P. gingivalis di invadere le cellule endoteliali della vena ombelicale umana (HUVEC). Sono stati sviluppati due protocolli: uno per misurare batteri che possono con successo invadere e sopravvivere all&#39;interno dell&#39;ospite, e l&#39;altro per visualizzare i batteri interagiscono con le cellule ospiti. Queste tecniche richiedono l&#39;uso di un anaeRobic camera per la fornitura di P. gingivalis con un ambiente anaerobico per la crescita ottimale. Il primo protocollo si basa sulla misurazione di protezione antibiotico, che è ampiamente utilizzato per studiare l&#39;invasione delle cellule ospiti da batteri. Tuttavia, il saggio di protezione antibiotico è limitata; solo i batteri intracellulari che sono coltivabili a seguito di trattamento antibiotico e lisi della cellula ospite sono misurati. Per valutare tutti i batteri interagiscono con le cellule ospiti, sia vivi e morti, abbiamo sviluppato un protocollo che utilizza il microscopio a fluorescenza per esaminare l&#39;interazione ospite-patogeno. I batteri sono fluorescente con 2 &#39;, 7&#39;-Bis- (2-carbossietil) -5- (e-6) -carboxyfluorescein acetossimetil estere (BCECF-AM) e utilizzato per infettare cellule eucariotiche in condizioni anaerobiche. Dopo fissazione con paraformaldeide e permeabilizzazione con 0,2% Triton X-100, cellule ospiti sono etichettati con TRITC falloidina e DAPI etichettare citoscheletro cellulare e nucleo, rispettivamente. Molteplici images prelevati in differenti punti focali (Z-stack) sono ottenuti per la visualizzazione spazio-temporale dei batteri. I metodi utilizzati in questo studio possono essere applicati a qualsiasi anaerobio coltivabili e qualsiasi tipo di cellula eucariotica.

Protocolli di cui sopra sono stati utilizzati nello studio interazione ospite-patogeno tra P. gingivalis e cellule endoteliali. P. gingivalis W83 e un P. gingivalis V3150 portando una delezione di PG0228 stati utilizzati nello studio. Il PG0228 è previsto per codificare una proteina che può alterare i livelli di RNA e proteine, che possono incidere in definitiva interazione di P. gingivalis con cellule ospiti. Per studiare l&#39;effetto di PG0228 su P. capacità di interagi...

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Porphyromonas gingivalis as a Model Organism for Assessing Interaction of Anaerobic Bacteria with Host Cells

This article presents two protocols: one to measure anaerobic bacteria that can successfully invade and survive within the host, and the other to visualize anaerobic bacteria interacting with host cells. This study can be applied to any cultivable anaerobe and any eukaryotic cell type.

Porphyromonas gingivalis come organismo modello per la Valutazione Interazione di batteri anaerobici con cellule ospiti

Anaerobic bacteria far outnumber aerobes in many human niches such as the gut, mouth, and vagina. Furthermore, anaerobic infections are common and ...

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Research

JoVE Journal

Immunology and Infection

Porphyromonas gingivalis as a Model Organism for Assessing Interaction of Anaerobic Bacteria with Host Cells

26.2K Views.  Virginia Commonwealth University. This article presents two protocols: one to measure anaerobic bacteria that can successfully invade and survive within the host, and the other to visualize anaerobic bacteria interacting with host cells. This study can be applied to any cultivable anaerobe and any eukaryotic cell type. 

Video: Porphyromonas gingivalis as a Model Organism for Assessing Interaction of Anaerobic Bacteria with Host Cells

Assessing the Viability of a Synthetic Bacterial Consortium on the In Vitro Gut Host-microbe Interface

The interplay between host and microbiota has been long recognized and extensively described. The mouth is similar to other sections of the gastrointestinal tract, as resident microbiota occurs and prevents colonisation by exogenous bacteria. Indeed, more than 600 species of bacteria are found in the oral cavity, and a single individual may carry around 100 different at any time. Oral bacteria possess the ability to adhere to the various niches in the oral ecosystem, thus becoming integrated within the resident microbial communities, and favouring growth and survival. However, the flow of bacteria into the gut during swallowing has been proposed to disturb the balance of the gut microbiota. In fact, oral administration of P. gingivalis shifted bacterial composition in the ileal microflora. We used a synthetic community as a simplified representation of the natural oral ecosystem, to elucidate the survival and viability of oral bacteria subjected to simulated gastrointestinal transit conditions. Fourteen species were selected, subjected to in vitro salivary, gastric, and intestinal digestion processes, and presented to a multicompartment cell model containing Caco-2 and HT29-MTX cells to simulate the gut mucosal epithelium. This model served to unravel the impact of swallowed bacteria on cells involved in the enterohepatic circulation. Using synthetic communities allows for controllability and reproducibility. Thus, this methodology can be adapted to assess pathogen viability and subsequent inflammation-associated changes, colonization capacity of probiotic mixtures, and ultimately, potential bacterial impact on the presystemic circulation.

Assessing the Viability of a Synthetic Bacterial Consortium on the In Vitro Gut Host-microbe Interface

Gut host-microbe interactions were assessed using a novel approach combining a synthetic oral community, in vitro gastrointestinal digestion, and a model of the small intestine epithelium. We present a method that can be adapted to evaluate cell invasion of pathogens and multi-species biofilms, or even to test probiotic formulations&#39; survivability.

Valutare la fattibilità di un consorzio batterico sintetico sull'interfaccia ospite-microbo In Vitro Gut

The interplay between host and microbiota has been long recognized and extensively described. The mouth is similar to other sections of the ...

Ricerca

Biochimica

A Mouse Model for Pathogen-induced Chronic Inflammation at Local and Systemic Sites

Chronic inflammation is a major driver of pathological tissue damage and a unifying characteristic of many chronic diseases in humans including neoplastic, autoimmune, and chronic inflammatory diseases. Emerging evidence implicates pathogen-induced chronic inflammation in the development and progression of chronic diseases with a wide variety of clinical manifestations. Due to the complex and multifactorial etiology of chronic disease, designing experiments for proof of causality and the establishment of mechanistic links is nearly impossible in humans. An advantage of using animal models is that both genetic and environmental factors that may influence the course of a particular disease can be controlled. Thus, designing relevant animal models of infection represents a key step in identifying host and pathogen specific mechanisms that contribute to chronic inflammation.
Here we describe a mouse model of pathogen-induced chronic inflammation at local and systemic sites following infection with the oral pathogen Porphyromonas gingivalis, a bacterium closely associated with human periodontal disease. Oral infection of specific-pathogen free mice induces a local inflammatory response resulting in destruction of tooth supporting alveolar bone, a hallmark of periodontal disease. In an established mouse model of atherosclerosis, infection with P. gingivalis accelerates inflammatory plaque deposition within the aortic sinus and innominate artery, accompanied by activation of the vascular endothelium, an increased immune cell infiltrate, and elevated expression of inflammatory mediators within lesions. We detail methodologies for the assessment of inflammation at local and systemic sites. The use of transgenic mice and defined bacterial mutants makes this model particularly suitable for identifying both host and microbial factors involved in the initiation, progression, and outcome of disease. Additionally, the model can be used to screen for novel therapeutic strategies, including vaccination and pharmacological intervention.

Animal models have proven to be invaluable tools in defining host and pathogen specific mechanisms that contribute to the development of chronic inflammation. Here we describe a mouse model of oral infection with the human pathogen Porphyromonas gingivalis and detail methodologies to assess the progression of inflammation at local and systemic sites.

Un modello di topo per patogeni indotta infiammazione cronica a siti locali e sistemici

Chronic inflammation is a major driver of pathological tissue damage and a unifying characteristic of many chronic diseases in humans including ...

Immunologia e infezioni

Robust Ligature-Induced Model of Murine Periodontitis for the Evaluation of Oral Neutrophils

The main advantages of studying the pathophysiology of periodontal disease utilizing murine models are the reduced cost of animals, array of genetically modified strains, the vast number of analyses that can be performed on harvested soft and hard tissues. However, many of these systems are subject to procedural criticisms. As an alternative, the ligature-induced model of periodontal disease, driven by the localized development and retention of a dysbiotic oral microbiome, can be employed, which is rapidly induced and relatively reliable. Unfortunately, the variants of ligature-induced murine periodontitis protocol are isolated to focal regions of the periodontium and subject to premature avulsion of the installed ligature. This minimizes the amount of tissue available for subsequent analyses and increases the number of animals required for study. This protocol describes the precise manipulations required to place extended molar ligatures with improved retention and usage of a novel rinse technique to recover oral neutrophils in mice with an alternative approach that mitigates the aforementioned technical challenges.

This article presents a protocol for establishing a ligature-induced model of murine periodontitis involving multiple maxillary molars, resulting in larger areas of the involved gingival tissue and bone for subsequent analysis as well as reduced animal usage. A technique to assess oral neutrophils in a manner analogous to human subjects is also described.

Robust osufilazione modello di Murine Periodontitis per la valutazione dei neutrofili orali

The main advantages of studying the pathophysiology of periodontal disease utilizing murine models are the reduced cost of animals, array of genetically ...

Models of Murine Vaginal Colonization by Anaerobically Grown Bacteria

The mammalian vagina can be colonized by many bacterial taxa. The human vaginal microbiome is often dominated by Lactobacillus species, but one-in-four women experience bacterial vaginosis, in which a low level of lactobacilli is accompanied by an overgrowth of diverse anaerobic bacteria. This condition has been associated with many health complications, including risks to reproductive and sexual health. While there is growing evidence showing the complex nature of microbial interactions in human vaginal health, the individual roles of these different anaerobic bacteria are not fully understood. This is complicated by the lack of adequate models to study anaerobically grown vaginal bacteria. Mouse models allow us to investigate the biology and virulence of these organisms in vivo. Other mouse models of vaginal bacterial inoculation have previously been described. Here, we describe methods for the inoculation of anaerobically grown bacteria and their viable recovery in conventionally raised C57Bl/6 mice. A new, less stressful procedural method for vaginal inoculation and washing is also described. Inoculation and viable recovery of Gardnerella are outlined in detail, and strategies for additional anaerobes such as Prevotella bivia and Fusobacterium nucleatum are discussed.

The protocol presents a mouse model of vaginal colonization with anaerobically cultured human vaginal bacteria. We focus on Gardnerella vaginalis,&#160;while including suggestions for Prevotella bivia and Fusobacterium nucleatum. This protocol can also be used as a guide for vaginal inoculations and viable recovery of other anaerobically grown bacteria.

Modelli di colonizzazione vaginale murina da parte di batteri cresciuti anaerobicamente

The mammalian vagina can be colonized by many bacterial taxa. The human vaginal microbiome is often dominated by Lactobacillus species, but one-in-four ...

Organotypic Tissue Model Systems for Investigating Host-Pathogen Interactions In Vitro

Recapitulating the host-pathogen interface at the epithelial or mucosal barrier in vitro remains a challenging prospect for infection biologists. While in-house grown 2D epithelial monolayers lack true representation of the in vivo situation, commercially available tissue models are often overlooked due to their cost and practicality. However, with careful planning, such models provide reproducible platforms for a vast array of different applications. Here, we report the use of epithelial models that can be utilized for a wide variety of experimental purposes to investigate host-pathogen interactions in various ecological niches, such as the oral cavity, skin, and vaginal mucosa. From simple planktonic cells to complex biofilm co-culture, epithelial models are used to assess microbial adherence and invasion, and to evaluate the host response at a transcriptional and/or protein level, with scope for more detailed profiling using different omics approaches. Furthermore, these biological systems can be used as more accurate test beds for evaluating conventional and novel antimicrobial activity in a complex host-pathogen microenvironment in vitro. The protocols described herein document how models are handled upon arrival and prepared in the laboratory for co-culture stimulation with biofilm communities. The methods detail how experimental outputs are achieved from the model systems, including the processing of tissue, the co-culture setup, and data generation. These experiments include host gene expression through single- and multiplex qPCR analyses and inflammatory protein detection using ELISAs. In conclusion, epithelial models provide useful in vitro systems for preclinical investigatory studies into simple or complex host-pathogen interactions.

The present protocol outlines the application of organotypic tissue models for investigating host-pathogen interactions in vitro. Specifically, the model system described uses a multi-layered oral epithelium exposed to microorganisms associated with biofilms (dental plaque) within the context of oral health versus disease.

Sistemi modello di tessuto organotipico per lo studio delle interazioni ospite-patogeno in vitro

Recapitulating the host-pathogen interface at the epithelial or mucosal barrier in vitro remains a challenging prospect for infection biologists. While ...

Establishing Stable Binary Cultures of Symbiotic Saccharibacteria from the Oral Cavity

Many bacterial species cannot be cultured in the laboratory using standard methods, posing a significant barrier to studying the majority of microbial diversity on earth. Novel approaches are required to culture these uncultured bacteria so that investigators can effectively study their physiology and lifestyle using the powerful tools available in the laboratory. The Candidate Phyla Radiation (CPR) is one of the largest groups of uncultivated bacteria, comprising ~15% of the living diversity on earth. The first isolate of this group was a member of the Saccharibacteria phylum, 'Nanosynbacter lyticus' strain TM7x. TM7x is an unusually small bacterium that lives as a symbiont in direct contact with a bacterial host, Schaalia odontolytica, strain XH001. Taking advantage of the unusually small cell size and its lifestyle as a symbiotic organism, we developed a protocol to rapidly culture Saccharibacteria from dental plaque. This protocol will show how to filter a suspension of dental plaque through a 0.2 &#181;m filter, then concentrate the collected Saccharibacteria cells and infect a culture of host organisms. The resulting coculture can be passaged as any normal bacterial culture and infection is confirmed by PCR. The resulting binary culture can be maintained in the laboratory and used for future experiments. While contamination is a possibility, the binary culture can be purified by either further filtering and reinfection of host, or by plating the binary culture and screening for infected colonies. We hope this protocol can be expanded to other sample types and environments, leading to the cultivation of many more species in the CPR.

We demonstrate a method for isolating difficult-to-grow members of the novel bacterial phylum, Saccharibacteria, by filtering dental plaque and co-culturing with host bacteria.

Stabilire culture binarie stabili di Saccharibacteria simbiotici dalla cavità orale

Many bacterial species cannot be cultured in the laboratory using standard methods, posing a significant barrier to studying the majority of microbial ...

Biologia

Measuring the Migration and Biofilm Formation of Various Bacteria

As microbes that thrive in the host body primarily have adaptive abilities that facilitate their survival, methods for classifying and identifying their nature would be beneficial in facilitating their characterization. Currently, most studies focus only on one specific characterization method; however, the isolation and identification of microorganisms from the host is a continuous process and usually requires several combinatorial characterization methods. Herein, we describe methods of identifying the microbial biofilm-forming ability, the microbial respiration state, and their chemotaxis behavior. The methods are used to identify five microbes, three of which were isolated from the bone tissue of Sprague-Dawley (SD) rats (Corynebacterium stationis, Staphylococcus cohnii subsp. urealyticus, and Enterococcus faecalis) and two from the American Type Culture Collection (ATCC)-Staphylococcus aureus ATCC 25923&#160;and Enterococcus faecalis V583. The microbes isolated from the SD rat bone tissue include the gram-positive microbes. These microbes have adapted to thrive under stressful and nutrient-limiting environments within the bone matrix. This article aims to provide the readers with the specific know-how of determining the nature and behavior of the isolated microbes within a laboratory setting.

Here, we present a practical method for the isolation and identification of microorganisms within the host. In this way, the physicochemical properties of microorganisms and possible ways of living in the host are clearly described.

As microbes that thrive in the host body primarily have adaptive abilities that facilitate their survival, methods for classifying and identifying their ...

Anti-Infective Efficacy in Cystic Fibrosis with Aggregate Biofilm Models

Cystic Fibrosis Aggregate Biofilm Model to Study Infection-relevant Gene Expression

Standard pre-clinical testing methods for novel antimicrobial therapeutics used to treat chronic lung infections in people with cystic fibrosis do not reflect the environmental conditions of the hostile lung niche. Current reductionist testing conditions can lead to the progression of compounds along a preclinical pipeline without evidence of their activity under cystic fibrosis lung niche-appropriate conditions. Several approaches used to study traditional antimicrobials may not be suitable for antibiotic alternatives, including anti-virulence therapeutics like anti-quorum sensing agents and siderophore inhibitors. This protocol documents an aggregate biofilm model of Pseudomonas aeruginosa to compare resistance and infection-relevant gene expression in single-species and multi-species cultures (Staphylococcus aureus and Candida albicans), examining colony-forming unit (CFU) reductions and changes in gene expression, using algD as an exemplar. The model was optimized for small, static volumes of bacterial cultures to allow the study of novel compounds in the discovery phase of the drug development pipeline, where compound quantities may be limited. Single-species P. aeruginosa biofilms were formed in Synthetic Cystic Fibrosis Medium 2 (SCFM2) for 24 h before treatment with meropenem at different concentrations (1, 16, and 256 &#181;g/mL) for a further 24 h. Polymicrobial biofilms were established by growing Staphylococcus aureus and Candida albicans together in SCFM2, then inoculating with P. aeruginosa for an additional 24 h and treating with meropenem. The lack of a direct connection between compound efficacy measures in pre-clinical testing and clinical trial results has cast doubt on the applicability of current laboratory screening tools. This model allows us to understand the impact of relevant factors on P. aeruginosa gene expression, including genes contributing to resistance and virulence, thereby bridging this gap.

This study outlines a framework for developing an aggregate polymicrobial biofilm model and optimizing an RNA extraction protocol to assess Pseudomonas aeruginosa gene expression reflective of the cystic fibrosis lung environment. Applications include evaluating antimicrobial effects and studying antibiotic alternatives under conditions relevant to cystic fibrosis.

Standard pre-clinical testing methods for novel antimicrobial therapeutics used to treat chronic lung infections in people with cystic fibrosis do not ...

Visualization of Internalized Anaerobic Bacteria within Host Endothelial Cells

Source: Wunsch, C. M. et. al., <a href="https://app.jove.com/v/53408">Porphyromonas gingivalis as a Model Organism for Assessing Interaction of Anaerobic Bacteria with Host Cells.</a> J. Vis. Exp. (2015)
In this video, we demonstrate a procedure to visualize internalized Porphyromonas gingivalis, an anaerobic pathogenic bacterium, within human endothelial cells using confocal microscopy. The bacteria are stained with a fluorescent dye while the host endothelial cell actin cytoskeleton is labeled with a different fluorescent dye. The internalized Porphyromonas gingivalis inside endothelial cells are visualized using confocal microscopy.

Visualizzazione dei batteri anaerobi internalizzati all'interno delle cellule endoteliali dell'ospite

1. Internalization of Bacteria into Host Cells (Fluorescent Microscopy)
Note: P. gingivalis is labeled with ...

JoVE Encyclopedia of Experiments

Immunology

Immunodiagnostics

Imaging and Visualization Techniques

A Bacterial Infection Assay for Studying Anaerobic Bacteria-Host Cell Interactions

Source: Wunsch, C. M., et al. <a href="https://app.jove.com/v/53408">Porphyromonas gingivalis as a Model Organism for Assessing Interaction of Anaerobic Bacteria with Host Cells.</a> J. Vis. Exp. (2015)
This video demonstrates a technique for assessing the ability of Porphyromonas gingivalis, an anaerobic pathogenic bacterium, to adhere to and invade human umbilical vein endothelial cells (HUVECs). After infecting the host cells with the bacteria, the host cells are lysed to release both adhered and internalized bacteria. When the lysate is plated in an appropriate medium, the presence of colonies indicates successful bacteria-host cell interactions.

Un test di infezione batterica per lo studio delle interazioni batteri-cellule ospiti anaerobiche

The following protocols will describe methods for culturing and studying the invasion by the anaerobic species, P. gingivalis; however, these protocols ...