Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
Мы разработали эффективный способ истощения кишечных бактерий за три дня, а затем трансплантации фекальной микробиоты через зонд фекальной жидкости, приготовленной из свежего или замороженного содержимого кишечника, у мышей. Мы также представляем оптимизированный метод определения частоты бактерий, покрытых IgA, в кишечнике.
Микробиота кишечника играет плейотропную роль в здоровье и болезнях человека. Трансплантация фекальной микробиоты (ТФМ) является эффективным методом исследования биологической функции кишечных бактерий в целом или на видовом уровне. Было опубликовано несколько различных методов FMT. В этой статье мы представляем протокол ТФМ, который успешно истощает кишечную микробиоту в течение нескольких дней, после чего происходит трансплантация фекальной микробиоты из свежего или замороженного содержимого кишечника донора обычным мышам. ПЦР в реальном времени применяется для проверки эффективности бактериального истощения. Затем применяется секвенирование 16S рибосомной РНК (рРНК) для проверки относительной численности и идентичности кишечной микробиоты у мышей-реципиентов. Мы также представляем метод обнаружения бактерий, покрытых иммуноглобулином А (IgA), в кишечнике на основе проточной цитометрии.
Разнообразная микробиота кишечника играет важную роль в поддержании гомеостаза хозяина. Этот микробиом помогает в различных физиологических процессах, начиная от пищеварения и усвоения питательных веществ из пищи, защиты от инфекции патогенов, регуляции развития иммунной системы и иммунного гомеостаза1. Нарушение микробного состава кишечника связано со многими заболеваниями, включая рак2, аутоиммунные заболевания3, воспалительные заболевания кишечника4, неврологические заболевания5 и метаболические заболевания 6,7. Стерильные мыши (GF) являются мощными инструментами в моделях трансплантации фекальной микробиоты для изучения биологических эффектов микробиоты8. Тем не менее, условия содержания GF очень строгие, и проведение трансплантации фекальной микробиоты (ТФМ) у этих мышей является дорогостоящим. Кроме того, мыши GF имеют другие барьерные и слизистые свойства, которые регулируют проникновение бактерий, по сравнению с обычными мышами9. Эти факторы ограничивают широкое применение мышей GF в исследованиях. Альтернативой мышам GF является истощение микробиоты у обычных мышей с помощью коктейля антибиотиков с последующей ТФМ. Ранее описанные методы ТФМ недостаточно хорошо описаны и непоследовательны; поэтому необходимо разработать осуществимый, эффективный и воспроизводимый протокол для выполнения ТФМ с использованием обычных мышей.
Несколько шагов имеют решающее значение для успешной ТФМ. Эффективность истощения микробиоты является первым важным шагом. Сообщалось о применении одного антибиотика широкого спектра действия (например, стрептомицина10) или коктейля антибиотиков (тройной или четырехкратный прием антибиотиков)11,12. Четырехкомпонентное лечение антибиотиками, включающее ампициллин, метронидазол, неомицин и ванкомицин, было признано наиболее эффективным режимом лечения и использовалось в нескольких исследованиях 13,14,15. В дополнение к типу используемого антибиотика, способ введения, дозировка и продолжительность лечения антибиотиками влияют на эффективность бактериального истощения. Некоторые исследователи применяют антибиотики в питьевой воде для устранения бактерий в желудочно-кишечном тракте15. Тем не менее, трудно контролировать дозировку антибиотиков, которые каждая мышь получает таким образом. Поэтому в последующих исследованиях ученые лечили мышей антибиотиками путем перорального зондирования в течение 1–2 недель12 для достижения удовлетворительного истощения. Тем не менее, долгосрочное использование антибиотиков может быть проблематичным, так как антибиотики сами по себе могут влиять на некоторые заболевания у грызуновмодели 16. Поэтому необходимы более быстрые и эффективные методы истощения микробиоты.
Подготовка фекальной жидкости является еще одним ключевым этапом для обеспечения успешной ТФМ. В желудочно-кишечном тракте pH колеблется от 1 в желудке до 7 в проксимальном и дистальном отделе кишечника9. Микробиота в желудке ограничена из-за высокой кислотности и включает Helicobacter pylori17. Проксимальный отдел кишечника вырабатывает желчные кислоты для циркуляции печени и кишечника и содержит микробиоту, связанную с перевариванием жиров, белков и глюкозы. Дистальный отдел кишечного тракта содержит большое количество анаэробных бактерий и демонстрирует высокое микробное разнообразие18. Учитывая пространственную неоднородность микробиоты кишечника, крайне важно изолировать содержимое кишечника из разных областей кишечного тракта для приготовления каловой жидкости. Кроме того, другие факторы, включая характер донорского образца (например, свежий или замороженный образец), частоту трансплантации и продолжительность, имеют решающее значение при проведении ТФМ. Замороженный стул чаще всего используется для колонизации обычных мышей микробиотой кишечника человека19. Напротив, ТФМ с использованием свежего стула от животных-доноров более целесообразна и обычно используется в животных моделях20,21. Частота и продолжительность ТФМ варьируются в зависимости от плана эксперимента и моделей. В предыдущих исследованиях ТФМ проводилась либо ежедневно, либо через день. Продолжительность трансплантации составляла от 3 дней22 до 5 недель23. В дополнение к вышеперечисленным факторам, поддержание асептической хирургической среды и использование стерилизованных хирургических инструментов имеет решающее значение для предотвращения неожиданного бактериального загрязнения окружающей среды.
Микробиота кишечника обладает потенциалом для регулирования накопления клеток, экспрессирующих иммуноглобулин А (IgA). IgA, преобладающий изотип антител, имеет решающее значение для защиты хозяина от инфекции путем нейтрализации и исключения. Высокоаффинный IgA трансцитозируется в просвет кишечника и может связывать и покрывать вызывающие патогены. Напротив, покрытие IgA может обеспечить преимущество колонизации для бактерий24. В отличие от патоген-индуцированного IgA, местный комменсальный индуцированный IgA имеет более низкое сродство и специфичность25. Сообщается, что доля кишечных бактерий, покрытых IgA, значительно увеличивается при некоторых заболеваниях25,26. Бактерии, покрытые IgA, могут инициировать петлю положительной обратной связи по продукцииIgA27. Таким образом, относительный уровень бактерий, покрытых IgA, может предсказать величину воспалительной реакции в кишечнике. Фактически, эта комбинация может быть обнаружена с помощью проточной цитометрии28. Используя сортировку на основе IgA, Floris et al.27, Palm et al.25 и Andrew et al.29 получили фекальные бактерии IgA+ и IgA- от мышей и охарактеризовали таксон-специфичную кишечную микробиоту с помощью секвенирования 16S рРНК.
В этом исследовании мы описываем оптимизированный метод эффективного истощения кишечных доминантных бактерий и колонизации обычных мышей свежей или замороженной фекальной микробиотой, выделенной из содержимого подвздошной и толстой кишки. Мы также демонстрируем метод, основанный на проточной цитометрии, для обнаружения IgA-связывающих бактерий в кишечнике.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Эксперименты на животных проводились в соответствии с действующими этическими нормами ухода за животными и их использования в Китае.
ПРИМЕЧАНИЕ: Животные содержались в специфической, свободной от патогенов (SPF), контролируемой среде в течение 12-часового цикла света и темноты при температуре 25 °C. Пища облучалась перед кормлением мышей. Питьевая вода и клетки перед использованием подвергались автоклавированию. Восьминедельные самцы мышей C57BL/6J были использованы в исследовании после 1 недели акклиматизации. Они были разделены на несколько групп в зависимости от дизайна эксперимента. Каждая группа состояла как минимум из трех мышей.
1. Истощение микробиоты кишечника
2. Трансплантация фекальной микробиоты
3. Процедура трансплантации фекальной микробиоты
4. Измерение бактерий с покрытием IgA
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
График ТФМ, использованный в данном исследовании, представлен на рисунке 1. После лечения коктейлем антибиотиков эффективность истощения кишечной микробиоты анализировали путем секвенирования области 16S рРНК. Мы обнаружили 196 видов в подвздошной киш?...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Антибиотики, используемые в процедуре истощения, обладают различными антибактериальными свойствами. Ванкомицин специфичен к грамположительным бактериям30. Пероральный доксициклин может вызывать значительные изменения состава кишечной микробиоты у са...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Авторам нечего раскрывать.
Эта работа была выполнена при поддержке Выдающегося междисциплинарного проекта Западно-Китайской больницы Сычуаньского университета (грант No: ZYJC18024) и Национального фонда естественных наук Китая (грант: 81770101 и 81973540).
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
5 mL syringe needle | Sheng guang biotech | 5mL | |
70 µm cell strainer | BD biosciences | 352350 | |
Ampicillin sodium salt | AMERESCO | 0339 | |
APC Streptavidin | BD biosciences | 554067 | |
Biotin anti-mouse IgA antibody | Biolegend | 407003 | |
Bovine serum albiumin (BSA) | Sigma | B2064-50G | |
C57BL/6J mice | Chengdu Dashuo | ||
CO2 | Xiyuan biotech | ||
E.Coil genome DNA | TsingKe | ||
Eppendorf tubes | Axygen | MCT150-C | |
Fast DNA stool mini Handbook | QIAGEN | 51604 | |
Metronidazole | Shyuanye | S17079-5g | |
Neomycin sulfate | SIGMA | N-1876 | |
Oral gavage needle | Yuke biotech | 10# | |
pClone007 Versatile simple TA vector kit | TsingKe | 007VS | |
Phosphate Buffer Saline (PBS) | Hyclone | SH30256 | |
Precellys lysing kit | Precellys | KT03961-1-001.2 | |
RT PCR SYBR MIX | Vazyme | Q411-01 | |
SYTO BC green Fluorescent Nucleic Acid Stain | Thermo fisher scientific | S34855 | |
V338 F primer | TsingKe | ACTCCTACGGGAGGCAGCAG | |
V806 R primer | TsingKe | GGACTACHVGGGTWTCTAAT | |
Vancomycin hydrochloride | Sigma | V2002 | |
Equipments | |||
BD FACSCalibur flow cytometer | BD biosciences | ||
Bead beater vortx | Scilogex | ||
BIORAD CFX Connect | BIORAD | ||
Centrifuge machine | Eppendorf | ||
Illumina MiSeq | Illumina | ||
Nanodrop nucleic acid measurements machine | Thermo fisher scientific | ||
Surgical instruments | Yuke biotech | ||
Software | |||
Adobe Illustrator CC 2015 | Version 2015 | ||
BIORAD CFX qPCR SOFTWARE | |||
FlowJo software | |||
Graphpad prism 7 | |||
Database | |||
Silva (SSU132) 16S rRNA database |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
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