Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
Здесь мы представляем протокол изучения функции фимбрий в бактериальной колонизации.
Фимбрии 1-го типа являются важными детерминантами вирулентности некоторых грамотрицательных патогенов, которые способствуют колонизации бактерий. Фимбриальный стержень в основном состоит из множественных копий основной фимбриальной субъединицы FimA. Адгезин FimH, однако, присутствует в виде фибриллярной кончиковой структуры, которая заставляет бактерии связываться с рецептором клеточной маннозы хозяина. В данной статье мы приводим протоколы для оценки и сравнения функции фимбриальных субъединиц типа 1 в F18ab fimbriae+ Escherichia coli, продуцирующей токсин шига. Мы обнаружили, что как FimA, так и FimH необходимы для адгезии бактерий, инвазии и образования биопленки. Удаление гена fimA показало гораздо большее снижение бактериальной адгезии и инвазии в столбчатые эпителиальные клетки кишечника свиней IPEC-J2, чем у мутанта fimH. Биопленкообразование было значительно снижено у обоих мутантов с одинаковым уровнем. Кроме того, кПЦР показала, что делеция fimA или fimH подавляет экспрессию бактериальных жгутиков и генов F18 fimbriae, в то время как повышенная адгезин участвует в экспрессии гена диффузной адгезии-I (AIDA-I), что свидетельствует о совместной регуляции локализованных на клеточной поверхности адгезинов в F18ab fimbriae+ STEC.
Адгезия, опосредованная бактериальными фимбриями, способствует прикреплению бактерий к поверхности клетки-мишени и создает начальную инфекцию. Фимбрии 1-го типа широко распространены среди кишечной палочки (E. coli) и способствуют прикреплению бактерий к клеткам млекопитающих путем связывания с маннозсодержащим рецептором 1,2,3. В отличие от патогенных штаммов, 85% исследуемых комменсальных штаммов E. coli человеческого происхождения не экспрессируют fimbriae4 типа 1, что указывает на его критическую роль в инфицировании заболеванием. Фимбрии 1-го типа также являются важными факторами вирулентности для внекишечных патогенов, таких как уропатогенная кишечная палочка (UPEC) и неонатальная кишечная палочка, вызывающая менингит (NMEC)2,5,6.
Инфекции, вызванные штаммами F18 fimbriae+ (включая два варианта: ab и ac), продуцирующими токсин шига E. coli (STEC), связаны с отечной болезнью свиней (ЭД) и диареей после отъема (PWD)7. F18 fimbriae+ STEC прикрепляется к эпителиальным рецепторам кишечника с помощью различных поверхностных адгезинов, включая F18 fimbriae, жгутики, кишечную палочку обыкновенную (ECP) и адгезин, участвующий в диффузной адгезии (AIDA-I)8,9,10,11. Ранее мы исследовали функцию фимбрий 1-го типа в F18ac fimbriae+ ETEC, что продемонстрировало, что фимбрии 1-го типа способствуют образованию бактериальной биопленки и адгезии к клеткам-хозяевам12. Однако, поскольку патогенез F18ab и F18ac fimbriae+ STEC не полностью одинаков7, роль фимбрий 1 типа в F18ab fimbriae+ STEC остается неясной. Фимбриальный стержень в основном состоит из множественных копий основной фимбриальной субъединицы FimA, а адгезин FimH собран в фибриллярную структуру кончика, которая стимулирует связывание бактерий с клеточной маннозой хозяина, содержащей рецептор13. Используя λ-красную рекомбинацию14, мы успешно нокаутировали ген fimA/fimH из штамма F107/86 F18ab fimbriae+ STEC (дикого типа, O139:H1, Stx2e+) и сконструировали штаммы комплемента для этого исследования15.
Здесь мы описываем протокол изучения функции бактериальных фимбрий в колонизации. Анализ адгезии бактерий и анализ инвазии являются основными методами исследования эффективности связывания бактерий. Проведение провокационной модели на животных или выделение первичной клеточной линии для дальнейших анализов инфекции является сложным и дорогостоящим процессом16. Как правило, ни один из этих результатов не является стабильным с хорошей повторяемостью, поскольку индивидуальные различия присутствуют между испытуемым животным. В данном исследовании используются клетки IPEC-J2. Это столбчатые эпителиальные клетки кишечника свиньи, которые были выделены из середины17-й тощей кишки новорожденного поросенка. Это стабильная клеточная модель in vitro для изучения взаимодействия различных патогенов животных и человека, включая Salmonella enterica и патогенную кишечную палочку, с эпителиальными клетками кишечника18, что помогает удобно и быстро объяснить роль фимбрий в кишечной инфекции. В противном случае клетки IPEC-1 являются еще одной широко используемой линией эпителиальных клеток кишечника свиней, и в этом случае состав клеточных рецепторов отличается от IPEC-J219. Для исследования патогенных бактерий молочной железы лучше использовать эпителиальные клетки молочной железы линии MAC-T20. Следовательно, для различных бактериальных патогенных состояний важен выбор подходящей клеточной линии, которая имитирует среду in vivo.
Кроме того, биопленка является еще одной важной характеристикой для выживания бактерий во время колонизации. В предыдущих работах серебро и конголезский красный использовались для окрашивания образования биопленки в стеклянных трубках, что визуально показало результаты22,23. Однако разница в способности биопленки к образованию между различными штаммами не может быть измерена. Здесь мы также представляем протокол количественной оценки образования бактериальной биопленки in vitro, который может легко оценить способность фимбрий к образованию биопленки.
Методы, предложенные в этом исследовании, используют быстрый и простой in vitro способ определения функции бактериальных фимбрий в процессе бактериальной инфекции, который может быть широко адаптирован к другим исследованиям по изучению фактора вирулентности в бактериальном патогенетическом механизме.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
1. Культура клеток
2. Анализ на адгезию и инвазию бактерий
3. Количественный анализ образования биопленки
4. Выделение РНК и обратная транскрипция
5. Анализ количественной ПЦР
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
FimA более важен, чем FimH, в адгезии F18ab fimbriae+ STEC и инвазии в клетки IPEC-J2. По сравнению со штаммом WT, удаление fimA снижало адгезию F18ab fimbriae+ STEC к клеткам IPEC-J2 примерно на 86% (p < 0,01), в то время как удаление fimH снижало адгезию STEC примерно на 71% (p < 0,01) (
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Представленные здесь методы помогают эффективно определить функцию фимбрий в бактериальной колонизации. Интересно, что в этом исследовании делеция fimA показала на 15% меньшую адгезию, чем fimH mutant, что позволяет предположить, что адгезин на кончике может быть н?...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Авторам нечего раскрывать.
Данное исследование было поддержано грантами Национального фонда естественных наук Китая (No 31672579).
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
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 |
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