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Method Article
황색포도상구균 (S. aureus)은 몸 전체로 퍼질 수 있는 능력이 있어 지속적이고 재발성 감염을 일으킵니다. 이러한 과정을 더 잘 이해하기 위해 이 연구는 S. aureus에 대한 세포 내 감염 모델을 확립합니다. 이 모델은 세포 내 감염의 기전을 조사하는 데 중요한 토대를 제공할 것입니다.
S. aureus는 면역 세포를 포함한 숙주 세포에 침입하여 잔존할 수 있으며, 이를 통해 면역 탐지 및 제거를 회피할 수 있습니다. 이러한 세포 내 지속성은 만성 및 재발성 감염에 기여하여 치료를 복잡하게 만들고 질병을 연장시킵니다. 따라서 황색포도상구균(S. aureus)에 의한 감염을 더 잘 이해하고, 예방하고, 치료하기 위한 세포 내 감염 모델이 매우 필요합니다. 이 연구는 항생제가 세포외 박테리아를 효과적으로 제거하지만 세포에 침투한 박테리아를 박멸할 수는 없다는 것을 보여주었습니다. 따라서, 황색포도상구균(S. aureus)에 감염된 RAW264.7을 항생제와 함께 배양함으로써 안정적인 체외 세포 내 감염이 확립되었습니다. 그 후, 세포 내 감염을 포함하는 복막 대식세포를 주입하여 마우스에서 세포 내 감염 모델을 확립했습니다. Vancomycin은 플랑크톤 S. aureus에 감염된 쥐의 박테리아 부하를 효과적으로 제거했습니다. 그러나 복막 대식세포 내에서 동일하거나 더 낮은 수준의 세포 내 박테리아에 감염된 마우스에는 효과가 없었습니다. 이는 S. aureus의 세포 내 감염 모델이 성공적으로 확립되었음을 나타내며, 세포 내 감염의 예방 및 치료에 대한 잠재적인 통찰력을 제공합니다.
S. aureus 는 피부 및 연조직 감염, 패혈증, 뇌수막염, 폐렴 및 심내막염1을 포함한 다양한 감염을 유발할 수 있는 전염성이 매우 높은 병원체입니다. 항생제의 임상적 오용으로 인해 황색포도상구 균의 내성이 증가하고 메티실린 내성 황색포도상구균 (MRSA)이 출현하여 많은 국가에서 심각한 공중 보건 위협을 초래하고 있습니다2.
S. aureus는 전통적으로 세포 내 병원체로 분류되지 않지만, 새로운 증거에 따르면 침입 후 숙주 세포에 지속적으로 군집할 수 있습니다3. S. aureus가 숙주 식세포 내에서 세포 내에서 생존할 수 있는 능력은 전이성 감염 및 숙주 전체의 전파를 촉진하는 메커니즘으로 점점 더 인식되고 있습니다 4,5,6. 황색포도상구균은 다양한 독성 인자를 분비하는데, 이는 생존을 촉진하는 면역 환경을 조성하고 숙주가 이 바이러스를 완전히 제거하는 능력을 복잡하게 만든다7. 부속 유전자 조절인자(accessory gene regulator, agr)와 포도상구균 보조 요소(Staphylococcal helper elements, Sae)는 식세포에서 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)의 생존과 밀접한 관련이 있는 두 가지 중요한 독성 조절인자입니다 8,9. agr 시스템은 S. aureus에서 수많은 독성 인자의 발현을 조절하는 정족수 감지 메커니즘입니다. 그것은 독소 및 박테리아의 생존과 전파를 촉진하는 다른 요인의 생성을 통제합니다. 세포 내 감염 동안 agr 시스템은 박테리아가 숙주 면역 반응을 회피하고 숙주 세포 내에서 생존하는 능력에 필수적인 독성 인자를 조절하는 데 중요한 역할을 합니다. 연구에 따르면 agr 시스템은 박테리아가 식체에서 탈출하여 대식세포 내에서 잔류하는 능력에 영향을 미칩니다. agr이 없으면 숙주 세포 내 세균 생존율이 감소하고 독성이 감소할 수 있습니다 10,11. Sae 시스템은 S. aureus에서 여러 독성 인자의 발현을 제어하는 두 가지 구성 요소로 구성된 조절 시스템입니다. 그것은 독소와 효소의 조절에 관여하는데, 이는 박테리아가 숙주 조직을 침입하고 손상시키는 능력에 기여합니다. Sae 시스템은 또한 S. aureus 세포 내 생존에 중요한 역할을 합니다. 그것은 숙주 식세포에 의한 살해에 저항하고 자가포식 분해를 회피하는 박테리아의 능력에 영향을 미칩니다12,13.
병원체가 침입할 때 대식세포는 식세포 기능을 가지고 있어 외부 병원체를 집어삼키고 죽이고 적응 면역 반응을 활성화할 수 있습니다14. 대부분의 침입 박테리아는 대식세포에 의해 식세포화되며, 대식세포는 다양한 살해 메커니즘을 활성화하여 제거합니다. 그러나 일부 S. aureus 박테리아는 대식세포 내에서 생존하여 숙주에 지속적인 감염을 유발할 수 있습니다. 박테리아 단백질 외에도 숙주는 사이토카인 15,16,17을 분비하여 대식세포 내에서 S. aureus의 생존 및 증식에 영향을 미칩니다. 일부 연구에 따르면 S. aureus는 자가포식소체(autophagosome)에 상주하여 세포 내 파종(dissemination)을 촉진하는 틈새(niche)를 생성함으로써 분해를 피할 수 있다고 합니다18. S. aureus는 자가포식 플럭스(예: LC3-II, p62)를 차단하고 대식세포 침입 후 자가분해체 내 pH를 증가시킴으로써 자가포식 분해를 피합니다19. 이러한 면역 회피는 S. aureus 독성 인자와 자가포식의 조절을 통해 이루어지며, 이는 지속적이고 숨겨진 감염으로 이어집니다.
S. aureus의 세포 내 감염을 제거하는 것은 임상 실습에서 지속적이고 잠재된 감염을 관리하는 데 매우 중요합니다. 현재 항생제는 황색포도상구균 감염의 주요 치료법이며, 반코마이신은 MRSA 감염에 대한 최후의 방어선 역할을 하고 있다20,21. 그러나 수많은 연구에서 기존 항생제는 invivo 및 in vitro 모두에서 세포 내 S. ureus를 제거하는 데 효과적이지 않다는 것을 보여주었습니다 22,23,24.
현재 S. aureus25,26,27의 다양한 세포 내 감염 모델에 대한 통일된 표준은 없으며, 이는 각 모델의 조건이 크게 다르기 때문입니다. 따라서 이러한 모델의 효과를 평가하기 위해 동일한 기준을 적용할 수 없습니다. 본 연구에서는 실험 조건을 최적화하여 황색포도상구균의 보편적인 세포 내 감염 모델을 확립하였다. 이 모델은 체외에서 박테리아를 세포로 처음 감염시킨 다음 감염된 세포를 신체로 전달할 수 있기 때문에 다른 모델에 비해 더 편리합니다.
세포 내 S. aureus 감염의 메커니즘을 더 잘 이해하고 관련 약물을 개발하기 위해 in vitro 및 in vivo 모델을 모두 확립했습니다. RAW264.7을 감염시키고 항생제와 공동 배양하여 시험관 내에서 안정적인 세포 내 감염 모델을 성공적으로 만들었습니다. 그런 다음 복막 대식세포를 추출하여 세포 내 감염으로 형성했습니다. 생쥐의 세포 내 감염 모델은 이러한 복막 대식세포를 주입하여 확립되었습니다.
생후 6-8주 된 특이 병원체가 없는(SPF) 암컷 BALB/c 마우스인 실험 동물을 Beijing HFK Bioscience Co., Ltd(중국 베이징)에서 구입했습니다. 모든 동물연구는 제3군의과대학의 실험동물복지윤리위원회의 승인을 받았으며, 실험동물 사용에 대한 제도적, 국가적 정책 및 지침에 따라 수행되었다. 쥐는 SPF 시설에서 사육 및 예방 접종을 받았으며 멸균 음식과 물을 무료로 이용할 수 있었습니다. 동물들은 무작위로 그룹으로 나뉘어 실험 시작 최소 7일 전에 적응 시간을 가졌습니다.
1. S. aureus에 대한 준비
2. in vitro 세포 내 감염 모델 구축
3. in vivo intracellular 감염 모델 구축
S. aureus의 세포 내 감염 모델은 in vitro 및 in vivo 모두에서 성공적으로 확립되었습니다. 식세포작용(phagocytosis)을 위한 실험 조건을 최적화하고 항생제 처리의 농도와 기간을 모두 연장함으로써 일부 S. aureus는 대식세포 내에서 살아남았습니다(그림 1). S. aureus의 항생제 내성을 추가로 평가하기...
S. aureus는 통성 세포 내 병원체로서 다양한 세포 유형에 침입하여 생존할 수 있으며, 이러한 능력을 사용하여 감염 중 항생제 및 면역 반응을 회피할 수 있습니다30. 이 연구는 병원체의 세포 내 감염 메커니즘을 조사하기 위한 기반을 제공하기 위해 S. aureusin vivo 의 세포 내 감염 모델을 확립했습니다. 다양한 MOI 값이 S. aureus의 대식세?...
저자들은 자신들이 서로 상충하는 이해관계가 없다고 선언한다.
이 연구는 중국 국가자연과학재단(NSFC, 보조금 번호 32300779, NO.32270989), 충칭 자연과학재단(CSTB2022NSCQ-MSX0156), 충칭교육위원회 과학기술연구프로젝트(KJQN202312802) 및 중국 박사후 과학재단(2024M754250)의 지원을 받았다.
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 |
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