Method Article
Здесь мы предоставляем подробные протоколы для орального применения антибиотиков для сбора фекальных проб, экстракции ДНК и количественного определения фекальных бактерий, мышей, ПЦР.
Кишка микробиоты имеет центральное влияние на здоровье человека. Микробные дисбиоза ассоциируется с многих общих immunopathologies, таких как воспалительные заболевания кишечника, астмы и артрита. Таким образом понимание механизмов, лежащих в основе перекрестных микрофлору иммунной системы имеет решающее значение. Антибиотикотерапия, при пособничестве Распродажа патогена, также вызывает резкие изменения в размер и состав кишечных бактериальных сообществ, которые могут иметь влияние на здоровье человека. Лечение антибиотиками в мышах резюмирует воздействия и долгосрочные изменения в человека микробиоты от антибиотиков пролеченных больных и позволяет расследования механистический связей между изменениями в микробных сообществ и функции иммунных клеток. Хотя были описаны несколько методов для лечения антибиотиками мышей, некоторые из них вызывают обезвоживания в тяжелой форме и потеря веса, затрудняет интерпретацию данных. Здесь мы предлагаем два протокола для устных антибиотиков, который может использоваться для длительного лечения мышей не вызывая крупные потери веса. Эти протоколы используют комбинации антибиотиков, предназначенных грамположительных и грамотрицательных бактерий и может предоставляться либо ad libitum в питьевой воде или пероральная затравка. Кроме того мы описывают метод количественного определения плотности микробов в фекальных пробах, ПЦР, который может использоваться для проверки эффективности лечения антибиотиками. Сочетание этих подходов обеспечивает надежную методологию для манипуляции кишечной микробиоты и изучению эффектов лечения антибиотиками в мышей.
У млекопитающих слизистой ЖКТ представляет собой уникальную среду, колонизирована очень сложная смесь микроорганизмов, которые устанавливают бесшёрстных отношения с принимающей. Система обороны слизистой оболочки кишечника включает эпителиального пласта и множество иммунных клеток, которые ограничивают Комменсалами в кишечнике при сохранении их количества и разнообразия. И наоборот синантропных организмов необходимы для развития полностью функциональной иммунной системы. Хотя взаимодействие между принимающей и синантропных бактерии обычно полезны, он становится все более очевидным, что что dysregulated иммунной системы микробиоты помех может способствуют развитию хронических воспалительных заболеваний, такие asinflammatory кишечника болезни, артрит, астма1,2.
Кишка микробиоты могут быть изменены различные факторы, но возможно наиболее радикальные изменения вызванные лечения антибиотиками, которые сильно изменяет размер и состав бактериальных сообществ3,4. Хотя преимущества антибиотики для лечения инфекции являются несомненными, Микробиота изменений, вызванных воздействием антибиотика в организме человека также может изменить иммунной защиты, которые могут привести к пагубное воздействие на здоровье. Например, лечение антибиотиками в организме человека связано с повышенным риском Clostridium difficile-индуцированной понос, астма и некоторых видов рака3. Лечение антибиотиками в мышах резюмирует воздействия и долгосрочные изменения в кишечнике общин антибиотик лечение больных и позволило расследования механистический связей между изменениями в микробных сообществ и функции иммунных клеток. Однако некоторые доклады показали, что введение антибиотиков на питьевой воде ad libitum приводит к потере веса очень заметно мышей воздерживаться от питьевой воды, предположительно из-за его неприятный вкус5,6. Таким образом в этих моделях тяжелой дегидратации с пероральным антибиотикам может осложнить интерпретации экспериментов, стремясь определить эффект лечения антибиотиками в функции иммунных клеток.
Несколько подходов может использоваться для изучения размер и состав микробных сообществ в кишечной отсека7. Следующее поколение технологии виртуализации предоставили бесценные данные на этот вопрос8, однако эти методы являются относительно дорогими и требуют экспертных bioinformatic анализы для интерпретации данных. С другой стороны традиционная культура микробиологические методы позволяют обнаружение видов бактерий, но они имеют низкую чувствительность, и значительная часть синантропных бактерий (особенно анаэробов) очень сложно или невозможно возделывать с в настоящее время доступные методы8. Методы количественных полимеразной цепной реакции (ПЦР) все чаще используются для количественной оценки и идентификации видов фекальных бактерий, поскольку они обеспечивают быстрый и надежный культуры независимые мера общей микробной нагрузки. Соответственно ПЦР методы оказались полезными для изучения изменений в микробиоты, связанные с возрастом или с прогрессированием ряда заболеваний, включая воспалительных кишечника болезни9,10. В соответствии с этим ПЦР методы обеспечивают быстрый и экономически эффективным подходом для проверки влияния различных методов лечения (в том числе антибиотиков) в фекальных бактерий нагрузок и микробиоты композиция10,,1112.
Здесь мы представляем шаг за шагом подробно два различных протоколов для устных антибиотиков для мышей, фекальных проб, экстракции ДНК, подготовке стандартов и количественной оценки бактерий в фекальных пробах по ПЦР. Эти протоколы обеспечивают надежный способ манипулировать кишечную микрофлору у мышей и изучение последствий антибиотикотерапии кишечная гомеостаза и болезней.
Были проведены эксперименты, описанные здесь, с помощью 6-8 недель, старый (C57BL6/J) мышах одичал тип поддерживается в объекте определенного возбудителя бесплатно (SPF). Все эксперименты на животных были утверждены лондонском колледже и Фрэнсиса Крика институт животных благосостояния и этической экспертизой и внутренних дел Соединенного Королевства. До начала любой процедуры, животных, убедитесь, что соответствующие разрешения полученные через местные учреждения/Организации.
1. введение антибиотиков
Примечание: Два альтернативных методов лечения антибиотиками предоставляются: пероральная затравка (шаг 1.1) и введение антибиотиков через питьевой воды (шаг 1.2).
2. сбор фекальных пробах стула, содержание подвздошной кишки и подвздошной кишки стены
3. Количественная оценка кишечную микрофлору, ПЦР
Примечание: Эта процедура включает поколения стандарта (шаг 3.1) и метод для настройки ПЦР для стандартных и фекальных проб (шаг 3.2)
Здесь мы предоставляем два альтернативных протоколов для устных антибиотиков мышей. Рисунок 1 показывает процент веса тела (связанных с первоначального базового веса для каждого животного) у мышей, получавших антибиотики пероральная затравка (красный) или в питьевой воде (синий) для 10 дней подряд. Не заметна потеря веса встречается в мышей, которые получают антибиотики пероральная затравка. Однако когда мыши обрабатываются с ad libitum антибиотиков в питьевой воде, они теряют вес (~ 10%), в течение первых нескольких дней антибиотиков, но восстановление нормального веса после (рис. 1). Тем не менее, около 5-10% мышей, получающих антибиотики в питьевой воде может достигать > 20% веса в течение первой недели лечения, в этом случае они euthanized.
Количественная оценка бактерий в фекальных пробах требует использования адекватных калибровочной кривой, которая получается путем построения в журнал копирования номер стандарт (рассчитывается на шаге 3.2.2) по сравнению с CT значения, полученные из ПЦР (шаг 3.2.7). Рисунок 2A показывает типичный пример от стандартной кривой, которая удовлетворяет критериям производительности калибровочной кривой с значение R2 0.99827, склон-3.09 и эффективности ((-1 + 10^(-1/slope))*100) 110%. Значения R2 0.99 и ПЦР эффективность в диапазоне от 90 до 110% являются предпочтительными. В пределах диапазона линейной уравнение регрессии анализ позволяет количественная оценка 16S рДНК изобилия в фекальных проб. Рисунок 2B показывает количество 16S рДНК копий в Кала Кала, SI содержание и SI стены. В рисунке 2B данные отображаются в виде 16S рДНК копий/г фекалий образца Кала Кала и SI содержание. Для SI стены данные представлены как общее количество 16S рДНК копий, полученных от бактерий, оправился от 3 см SI стены (как количество исходного материала слишком малы, чтобы получить точный вес).
Оценить влияние антибиотиков на плотность бактерий в фекальных пробах, мышей были лечатся антибиотиками пероральная затравка ежедневно в течение 10 дней (дней 1 до 10) и были собраны образцы стула до (день 0), в различное время во время лечения антибиотиками ( дни 5 и 10) и 7 дней после прекращения антибиотиков (день 17; Рис. 3A). Как показано на рисунке 3B, лечение антибиотиками вызывает сильное уменьшение числа 16S рДНК копий/г фекалий, обнаруженных во время дней 5 и 10, в то время как плотность бактерий в фекалиях, восстановлен до нормального уровня (сопоставимы с предварительной обработки) 1 неделю после Антибиотикотерапия была остановлена (день 17).
Рисунок 1: введение антибиотиков. Мышей получил антибиотики пероральная затравка (красный) или в питьевой воде (синий) для 10 дней подряд. Диаграмма показывает вес мышей во время экспериментов относительно первоначального веса до антибиотиков (день 0). Данные отображаются в виде среднее ± SEM. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 2: 16S рРНК амплификации генов ПЦР стандартов и фекальных проб. (A) линейной регрессии калибровочной кривой с описанием стандартной кривой. (B) расчет распространённость гена фекальных пробах. Данные отображаются в виде среднее ± SEM. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 3: фекальные бактерии во время лечения антибиотиками. (A) схема расписания для антибиотиков пероральная затравка (Ab) и проб как изображается с *. (B) 16S рДНК копирует на грамм Кала в образцах стула от мышей, собранных на указанных дней. Данные отображаются в виде среднее ± SEM. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Реагент | Объем | |
ДНК | 8 МКЛ | |
Буфер 10 X | 2 МКЛ | |
дНТФ (10 мм) | 0.4 МКЛ | |
Эубактерии - праймера F (10 мм) | 1 МКЛ | |
Эубактерии - R грунтовка (10 мм) | 1 МКЛ | |
Taq Биохимия | 0.2 МКЛ | |
H2O | 7.4 МКЛ | |
Общий объем | 20 МКЛ | |
Грунтовка последовательности | ||
Эубактерии - праймера F | 5' ACTCCTACGGGAGGCAGCAGT 3' | |
Эубактерии - R грунтовка | 5' ATTACCGCGGCTGCTGGC 3' | |
Велоспорт условия | ||
Температура | Время | Циклы |
94 ° C | 5 мин | 1 x |
94 ° C | 30 s | 30 x |
60 ° C | 30 s | 30 x |
72 ° C | 1 мин | 30 x |
72 ° C | 5 мин | 1 x |
4 ° C | ∞ | 1 x |
Таблица 1: ПЦР реактивы и условий. Эта таблица предоставляет реагентов и Велоспорт условия PCR усиливает гена 16S рРНК от бактериальной культуры для поколения стандарта для использования в ПЦР-анализов. Последовательностей праймера были первоначально опубликованы Круглов и др. 13.
Реагент | Объем |
SYBR зеленый главный микс (2 x) | 17.5 МКЛ |
Эубактерии - праймера F (10 мм) | 0,7 МКЛ |
Эубактерии - R грунтовка (10 мм) | 0,7 МКЛ |
H2O | 11.1 МКЛ |
Таблица 2: мастер смесь ПЦР. Тома, показано (конечный объем 35 мкл) являются для единого образца будет работать на трех экземплярах (по 10 мкл) на табличке 384-ну ПЦР (приходится 5 мкл дополнительных для дозирования ошибка). Сумма может быть повышена по количеству образцов для анализа.
Здесь мы предоставляем экспериментальные протоколы для орального применения антибиотиков мышей и количественного определения фекальных бактерий на ПЦР. Комбинация антибиотиков используется в этой цели протокола (содержащий ампициллина, гентамицин, неомицин, метронидазол и ванкомицин) грамположительных и грамотрицательных бактерий, предлагая бактерицидная активность против полный спектр бактерий. Пероральная затравка и введение антибиотиков в питьевой воде значительно уменьшить фекальные бактериальной нагрузки5,6,12. Кроме того оба лечения имеют глубокое воздействие на фенотип мышей, как они развиваются несколько характеристик типичных стерильных мышей, включая снижение селезенки размер и расширенного слепой кишки. Выбор конкретного метода для антибиотиков может возможно зависит от длины эксперимента как метод пероральная затравка требует ежедневной администрации антибиотиков, будучи более трудоемкой и может вызвать больше дискомфорта для Животные в долгосрочной перспективе.
Для введение антибиотиков в питьевой воде необходимо проявлять осторожность с добавлением сахара к антибиотикам смеси как это является решающим фактором для держать мышей от обезвоживания. Несколько групп показали, как введение антибиотиков в питьевой воде (без добавления сахара) приводит к очень тяжелой и быстрой потери веса всех мышей, потеря более 20% от первоначального веса в течение первых нескольких дней эксперимента5 , 6. в наш протокол, использование сахарин основе подсластитель, казалось, быть достаточно, чтобы замаскировать антибиотик вкус в воде и мышей потерял вес в первые несколько дней после антибиотиков, но быстро оправился их веса после этого ( Рисунок 1). Тем не менее, в наших экспериментах 5-10% мышей до сих пор достичь человека конечной точке > 20% потеря базовый вес тела и необходимо быть euthanized. Мы также протестировали на основе сукралоза подсластители, которые полностью не смогли предотвратить обезвоживание мышей (100% мышей потерял > 20% от веса) в то время как другие авторы опубликовали аналогичные сбои на основе Аспартам Заменители сахара5,6. В дополнение к этому, возраст, генетический фон и общего состояния здоровья мышей, используемые для экспериментов следует рассматривать, как они могут повлиять на потерю веса и благополучия животных во время лечения антибиотиками. Таким образом ежедневно в течение первых двух недель устных антибиотиков следует проводить тщательный мониторинг мышей веса и общего состояния здоровья.
ПЦР методы обеспечивают быстрый и экономически эффективным подходом для количественного определения 16S рРНК в фекальных пробах. Однако, следует рассмотреть некоторые ограничения относительно этой техники, в том числе: i) требование надежного стандарт высокого качества; II) дизайн и эффективности ПЦР праймеры; III) тот факт, что микроорганизмы могут иметь номера разные копии гена 16S рРНК, таким образом копии гена не может равняться непосредственно клеток пунктам15. Тем не менее ПЦР является надежной и чувствительной метод, который позволяет быстрый анализ проб фекалий. Этот метод может быть особенно полезным для быстро проверить эффект различных методов лечения (в том числе антибиотиков) в фекальных бактерий нагрузок, как подробно здесь. Кроме того хотя мы предоставляем протокол для количественного определения общего 16S рРНК, этот метод может быть легко адаптирована (путем разработки конкретных грунтовки16) чтобы включить идентификацию индивидуальных бактериальных таксонов, обеспечивая тем самым как количественные, так и качественная информация о микрофлора размера и состава.
Таким образом мы обеспечили два протокола для устных антибиотиков мышей и метод на основе ПЦР для количественного определения антибиотиков индуцированные изменения в фекальных бактерий. Хотя эти протоколы могут далее оптимизированный и в сочетании с другими подходами в соответствии с индивидуальными потребностями экспериментальной, они могут служить быстро, экономически эффективные и надежные инструменты для манипулировать мышиных кишечную микрофлору и изучения последствий антибиотикотерапии кишечная гомеостаза и болезней.
Авторы не имеют ничего сообщать.
Эта работа финансировалась Великобритании Совета медицинских исследований (Грант п.б. MR/L008157/1); РЖ была поддержана Мари Кюри Европейская стипендий (H2020-МСКА-если-2015-703639); P.M.B. была поддержана студенчества от Великобритании Совета медицинских исследований и короля колледж Лондона докторской обучения партнерства в биомедицинских науках (MR/N013700/1).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Ampicillin sodium salt | Sigma-Aldrich (Merck) | A9518 | |
Neomycnin trisulfate salt hydrate | Sigma-Aldrich (Merck) | N1876 | |
Metronidazole | Sigma-Aldrich (Merck) | M3761 | |
Vancomycin hydrochloride | Sigma-Aldrich (Merck) | V2002 | |
Gentamicin sulfate salt | Sigma-Aldrich (Merck) | G3632 | |
Tryptone | Sigma-Aldrich (Merck) | T7293 | |
Yeast Extract | Sigma-Aldrich (Merck) | Y1625 | |
NaCL | Sigma-Aldrich (Merck) | S7653 | |
Sweetener Sweet'n Low | Sweet'N Low | Available in the UK from Amazon.co.uk | |
X-Gal (5-brom-4-chloro-3-indoyl B-D-galactopyranoside) | Fisher scientific | 10234923 | |
Phosphate Buffered Saline | Thermo Fisher Scientific (Gibco) | 10010023 | |
Ultrapure Agarose | Thermo Fisher Scientific (Invitrogen) | 16500500 | |
RT-PCR grade water | Thermo Fisher Scientific (Invitrogen) | AM9935 | |
Phusion High-Fidelity DNA Polymerase | New England BioLabs | M0530 | |
Deoxynucleotide (dNTP) Solution Mix | New England BioLabs | N0447 | |
iTaq Universal SYBR Green Supermix | Bio-Rad | 1725124 | with ROX |
TOPO TA cloningTM for sequencing | Thermo Fisher Scientific (Invitrogen) | 450030 | |
QIAamp fast DNA Stool mini kit | Qiagen | 51604 | |
QIAprep spin Miniprep kit | Qiagen | 27106 | |
QIAquick gel extraction kit | Qiagen | 28704 | |
Syringe filter 0.45 µm | Fisher scientific | 10460031 | |
Swann-MortonTM Carbon steel sterile scalpel blades | Fisher scientific | 11792724 | |
Syringe (1 mL) | BD Plastipak | 303172 | |
Syringe (20 mL) | BD Plastipak | 300613 | |
1.5 mL Crystal clear microcentriguge tube | StarLab | E1415-1500 | |
2 mL Ultra high recovery microcentrifuge tube | StarLab | I1420-2600 | |
Oral dosing needles 20 G x 38 mm curved (pk/3) | Vet-Tech | DE008A | |
Sterilin petri dish 50 mm | Scientific Laboratory Supplies | PET2020 | |
Absolute qPCR plate seals | Thermo Fisher Scientific | AB1170 | |
MicroAmpTM optical 384-well plate | Thermo Fisher Scientific (Applied Biosystems) | 4309849 | |
ViiA7TM 7 real-time PCR system with 384-well block | Thermo Fisher Scientific (Applied Biosystems) | 4453536 | |
Spectrophotometer (Nanodrop 1000) | Thermo Fisher Scientific | ND-1000 | |
Labnet Prism microcentrifuge | Labnet | C2500 | |
MultiGene Optimax Thermal cycler | Labnet | TC9610 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены