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Method Article
Aqui apresentamos um protocolo para estudar a função das fímbrias na colonização bacteriana.
As fímbrias do tipo 1 são importantes determinantes de virulência de alguns patógenos Gram-negativos, que promovem a colonização bacteriana. A haste fimbrial é composta principalmente de várias cópias da subunidade fimbrial principal FimA. A adesina FimH, no entanto, está presente como uma estrutura de ponta fibrilar que leva as bactérias a se ligarem ao receptor contendo manose celular hospedeiro. Aqui, fornecemos protocolos para avaliar e comparar a função das subunidades fimbriais do tipo 1 em Fímbrias F18ab + Escherichia coli produtoras de toxina Shiga (STEC). Descobrimos que tanto o FimA quanto o FimH são necessários para a adesão bacteriana, invasão e formação de biofilme. A deleção do gene fimA mostrou muito mais redução na adesão bacteriana e invasão às células epiteliais colunares intestinais suínas IPEC-J2, do que a do mutante fimH . A formação de biofilme foi significativamente reduzida em ambos os mutantes com um nível igual. Além disso, a qPCR demonstrou que a deleção fimA ou fimH regulou negativamente os flagelos bacterianos e a expressão dos genes das fímbrias F18, enquanto a adesina regulada positivamente estava envolvida na expressão do gene da adesão difusa-I (AIDA-I), sugerindo a co-regulação das adesinas localizadas na superfície celular em F18ab fímbrias + STEC.
A adesão mediada por fímbrias bacterianas facilita a ligação bacteriana à superfície da célula-alvo e estabelece uma infecção inicial. As fímbrias do tipo 1 são amplamente distribuídas entre Escherichia coli (E. coli) e promovem a ligação bacteriana às células de mamíferos ligando-se ao receptor contendo manose 1,2,3. Em contraste com as cepas patogênicas, 85% das cepas comensais de E. coli testadas de origem humana não expressam fímbrias tipo 14, o que indica seus papéis críticos na infecção da doença. As fímbrias do tipo 1 também são importantes fatores de virulência para patógenos extraintestinais, como E. coli uropatogênica (UPEC) e E. coli causadora de meningite neonatal (NMEC)2,5,6.
As infecções causadas por F18 fímbrias + (incluindo duas variantes: ab e ac) de E. coli produtoras de toxina Shiga (STEC) estão associadas à doença do edema suíno (DE) e à diarreia pós-desmame (PCD)7. As fímbrias F18+ STEC suínas ligam-se aos receptores epiteliais intestinais por uma variedade de adesinas superficiais, incluindo fímbrias F18, flagelos, E. coli pilus comum (ECP) e a adesina envolvida na adesão difusa (AIDA-I)8,9,10,11. Anteriormente, havíamos investigado a função das fímbrias do tipo 1 nas fímbrias F18ac + ETEC, o que demonstrou que as fímbrias do tipo 1 facilitam a formação de biofilme bacteriano e a adesão às células hospedeiras12. No entanto, como a patogênese das fímbrias F18ab e F18ac + STEC não são totalmente as mesmas7, o papel das fímbrias do tipo 1 nas fímbrias F18ab + STEC permanece obscuro. A haste fimbrial é composta principalmente de várias cópias da subunidade fimbrial principal FimA, e a adesina FimH é montada em uma estrutura de ponta fibrilar que impulsiona a ligação das bactérias à manose celular hospedeira contendo o receptor13. Usando a recombinação λ-Red14, nocauteamos com sucesso o gene fimA / fimH de uma cepa F18ab fimbriae + STEC F107 / 86 (tipo selvagem, O139: H1, Stx2e +) e construímos cepas de complemento para este estudo15.
Aqui, descrevemos um protocolo para estudar a função das fímbrias bacterianas na colonização. O ensaio de adesão bacteriana e o ensaio de invasão são os principais métodos para investigar o desempenho da ligação fimbrial bacteriana. É complicado e caro realizar um modelo de desafio animal ou isolar a linha celular primária para novos ensaiosde infecção 16. Normalmente, nenhum desses resultados é estável com boa repetibilidade, uma vez que as diferenças individuais estão presentes entre os animais testados. Neste estudo, são utilizadas células IPEC-J2. Estas são células epiteliais colunares intestinais suínas que foram isoladas do jejuno médio de um leitão neonatal17. É um modelo celular in vitro estável para examinar as interações de vários patógenos animais e humanos, incluindo Salmonella enterica e E. coli patogênica, com células epiteliais intestinais18, ajudando a explicar o papel das fímbrias na infecção intestinal de forma conveniente e rápida. Por outro lado, as células IPEC-1 são outra linhagem de células epiteliais intestinais suínas amplamente utilizadas, caso em que a composição dos receptores celulares é diferente da IPEC-J219. Para o estudo de bactérias patogênicas mamárias, é melhor usar a linhagem de células epiteliais mamárias MAC-T20. Portanto, para diferentes condições patogênicas bacterianas, a escolha de uma linhagem celular adequada que imite ambientes in vivo é importante.
Além disso, o biofilme é outra característica essencial para a sobrevivência bacteriana durante a colonização21. Nos trabalhos anteriores, prata e vermelho congo foram usados para manchar a formação de biofilme nos tubos de vidro que mostraram visualmente os resultados22,23. No entanto, a diferença da capacidade de formação de biofilme entre cepas variadas não pode ser medida. Aqui, também apresentamos um protocolo para a quantificação da formação de biofilme bacteriano in vitro, que poderia facilmente avaliar a capacidade das fímbrias na formação de biofilme.
Os métodos propostos neste estudo utilizam uma forma in vitro rápida e simples para determinar a função das fímbrias bacterianas durante o processo de infecção bacteriana, que pode ser amplamente adaptada a outras pesquisas no estudo do fator de virulência no mecanismo patogênico bacteriano.
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1. Cultura de células
2. Ensaio de adesão e invasão de bactérias
3. Ensaio de quantificação da formação de biofilme
4. Isolamento de RNA e transcrição reversa
5. Análise de qPCR
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FimA é mais importante do que FimH na adesão e invasão de fímbrias F18ab + STEC às células IPEC-J2. Em comparação com a cepa WT, a exclusão de fimA reduziu a adesão de F18ab fímbrias + STEC às células IPEC-J2 em aproximadamente 86% (p < 0,01), enquanto a exclusão de fimH reduziu a adesão de STEC em aproximadamente 71% (p < 0,01) (Figura 1A). O bloqueio da adesina FimH da cepa WT por co-...
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Os métodos fornecidos aqui ajudam a determinar com eficiência a função das fímbrias na colonização bacteriana. Curiosamente, neste estudo, a deleção de fimA mostrou 15% menos adesão do que o mutante fimH, sugerindo que a adesina da ponta pode não ser o único fator necessário para a adesão de fímbrias F18ab + STEC e que a subunidade de bastonetes fimbriais, FimA, também funciona na fixação bacteriana (Figura 1A)....
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Os autores não têm nada a divulgar.
Este estudo foi apoiado por doações da Fundação Nacional de Ciências Naturais da 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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