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Method Article
* Estos autores han contribuido por igual
Se cree que las bacteriocinas juegan un papel clave en la definición de la diversidad microbiana en diferentes nichos ecológicos. Aquí, describimos un procedimiento eficiente para evaluar cómo bacteriocinas afectan la composición microbiota intestinal en un modelo animal.
Se plantean preguntas muy intrigantes con nuestro avance en el conocimiento sobre la composición de la microbiota intestinal y su relación con la salud, particularmente en relación con los factores que contribuyen al mantenimiento del equilibrio poblacional. Sin embargo, existen limitadas metodologías disponibles para evaluar estos factores. Las bacteriocinas son péptidos antimicrobianos producidos por muchas bacterias que pueden conferir una ventaja competitiva para la adquisición de alimentos y / o establecimiento de nichos. Muchas cepas de bacterias probióticas de ácido láctico (LAB) tienen un gran potencial para promover la salud humana y animal al prevenir el crecimiento de patógenos. También pueden utilizarse para la inmunomodulación, ya que producen bacteriocinas. Sin embargo, la actividad antagonista de las bacteriocinas se determina normalmente mediante bioensayos de laboratorio en condiciones bien definidas pero sobre simplificadas en comparación con el complejo ambiente intestinal en seres humanos y animales, donde las bacterias se enfrentan a influencias multifactoriales del huésped y cientos de especies microbianasCompartiendo el mismo nicho. Este trabajo describe un procedimiento completo y eficiente para evaluar el efecto De una variedad de bacteriocinas con diferentes especificidades de blanco en un sistema murino. Los cambios en la composición de la microbiota durante el tratamiento con bacteriocina se monitorean usando secuenciación de ADNr 16S de composición. Nuestro enfoque utiliza tanto los productores de bacteriocina como sus mutantes isogénicos no productores de bacteriocinas, este último dando la capacidad de distinguir bacteriocinas relacionadas con las modificaciones no relacionadas con la bacteriocina de la microbiota. La extracción de ADN fecal y los métodos de secuenciación del 16S rDNA son consistentes y, junto con la bioinformática, constituyen un potente procedimiento para detectar cambios débiles en los perfiles bacterianos y establecer correlaciones entre las poblaciones bacterianas y los marcadores de salud en términos de concentración de colesterol y triglicéridos. Nuestro protocolo es genérico y por lo tanto puede utilizarse para estudiar otros compuestos o nutrientes con el potencial de alterar el mic anfitriónRobiota, ya sea al estudiar la toxicidad o los efectos beneficiosos.
Las bacteriocinas son péptidos antimicrobianos producidos por una amplia gama de especies bacterianas 1 , 2 . Estos compuestos y sus productores, especialmente LAB, han sido explorados y explotados en todo el mundo durante décadas para sus aplicaciones potenciales en la preservación de los alimentos y la medicina 3 . Se conocen varias bacteriocinas para matar patógenos importantes, incluyendo especies de Listeria, Enterococcus, Staphylococcus y Bacillus . Algunas bacteriocinas incluso tienen la capacidad de modular la respuesta inmune 4 . Muchas bacteriocinas tienen espectros relativamente estrechos, una propiedad que es muy apreciada en algunas aplicaciones. Por ejemplo, algunas bacteriocinas de espectro estrecho pueden utilizarse para dirigir la actividad específica contra grupos seleccionados de bacterias problemáticas, sin que se produzca gran alteración en la flora comensal o beneficiosa que comparte el mismo nicho; Esto es especialmente esencial en el medio ambiente intestinalDonde numerosos microbios beneficiosos prosperan de una manera interactiva y dinámica 5 . Las bacteriocinas son también muy atractivas para el uso profiláctico o probiótico, ya que pueden suprimir el crecimiento de patógenos, pathobiontes o bacterias oportunistas que pueden desequilibrar la homeostasis intestinal 6 , 7 .
En cuanto a su naturaleza y propiedades fisicoquímicas, las bacteriocinas son muy diversas, ya que tienen diferentes estructuras, especificidades de objetivo, modos de acción, etc. La mayoría de las bacteriocinas se han estudiado con gran detalle en entornos in vitro , pero muy pocos han sido probados en alimentos Matrices 8 , 9 o in vivo, tal como en un intestino animal 6 , 10 . Las propiedades in vitro pueden diferir en gran medida cuando se evalúan in vivo debido a la complejidadF el ambiente intestinal y también a efectos no deseados putativos sobre bacterias beneficiosas. La mayoría de los probióticos son LAB. Producen una serie de otros metabolitos, incluyendo ácidos grasos de cadena corta, que se sabe que influyen en la fisiología del huésped, así como para demostrar propiedades antimicrobianas hacia ciertas bacterias. Por lo tanto, en el caso de las cepas probióticas que producen bacteriocinas, lo mejor es establecer ensayos realistas, como los animales sanos con microbiota normal.
En el presente estudio, proporcionamos una estrategia que permite evaluar el efecto de diferentes cepas productoras de bacteriocinas, cuyas bacteriocinas tienen diferentes espectros inhibidores, en ratones sanos. Nuestra estrategia incluye la alimentación de ratones con isogénicos no bacteriocin mutantes, que permite la diferenciación de bacteriocin mediada por efectos no bacteriocin mediada por los efectos. Secuenciación 16S rDNA permite seguir los cambios dinámicos de la población bacteriana en el intestino. SubsEl análisis estadístico equitativo descifra correlaciones entre especies bacterianas y también entre especies bacterianas y parámetros fisiológicos medidos ( p. Ej., Peso corporal, parámetros bioquímicos en suero, etc. ). Creemos que el protocolo presentado en este estudio es también aplicable a otras aplicaciones probióticas o prebióticas más allá del estudio de bacteriocinas en animales vivos.
El cuidado y manipulación deben llevarse a cabo en una unidad especializada de cuidado de animales. Los procedimientos aquí descritos fueron aprobados por el Comité de Ética correspondiente de la Universidad de Valencia y las autoridades locales, siguiendo los principios de cuidado de animales de laboratorio obligatorio por la Ley de la Unión Europea y 2010/63 / UE y el Gobierno español RD 53/2013 sobre protección de animales Utilizados para fines científicos, con el fin de respetar el principio 3R en la experimentación animal (Reemplazo, Reducción, Refinamiento).
1. Culturas bacterianas congeladas utilizadas para inocular ratones
2. Ensayo de ratones y diseño experimental
Nota: Para este experimento se necesitan ratones hembra BALB / c específicos libres de patógenos (SPF) (6 - 8 semanas); Aquí, un total de 100 animales fueron comprados.
3. Recolección de muestras
4. Recuento de LAB y Actividad de Bacteriocinas
5. Extracción de ADN, 16S rDNA Amplification, y secuenciación
NOTA: Pasos fO extracción de ADN se describen para el uso de un kit comercial ( por ejemplo, Kit Realpure "SSS").
6. 16S rRNA Gene Amplification and Sequencing
7. Análisis de Datos y Estadísticas
La producción de bacteriocinas ha sido considerada como una característica probiótica positiva en LAB, ya que se supuso que previene el crecimiento de bacterias y patógenos oportunistas. El objetivo de este trabajo fue mostrar la capacidad de las bacteriocinas para modular las poblaciones de microbiota intestinal en un modelo de ratón. Para ello, se desarrolló un procedimiento para comparar el efecto de la ingesta de cepas productoras de bacteriocina y sus cepas isogénicas no prod...
El procedimiento descrito aquí se ha utilizado para determinar si los cambios en la microbiota están ligados a la salud o la edad. Diferentes partes del protocolo son importantes, pero entre ellas, el muestreo de las heces, la elección del fragmento de ADN a ser secuenciado y analizado, y la realización de la extracción de ADN y el análisis bioinformático podría ser sin duda los puntos más críticos. El muestreo es crucial porque, por razones éticas, los ratones no deben ser subrayados y porque se sabe que cam...
Los autores no tienen nada que revelar.
Los autores desean agradecer a la Subvención de la AEMA NILS Ciencia y Movilidad Coordinada de Sostenibilidad de Investigadores (referencia 017-ABEL-CM-2013). CB y GP-M. Fueron apoyados por la subvención AGL2015-70487-P del Ministerio de Economía y Competitividad. OCOU y DBD fueron apoyados por un programa estratégico de la beca para la investigación de la ciencia del alimento de la universidad noruega de las ciencias de la vida (NMBU) (proyecto 1205051025). También queremos agradecer a Inmaculada Noguera por su ayuda en el cuidado de los animales y el muestreo y por Jesús Dehesa por su ayuda para asegurar la disponibilidad de materiales de laboratorio en la instalación de animales. También apreciamos al profesor Lars-Gustav Snipen por sus consejos sobre estadísticas.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Balb/c mice (female) | Harlan | Mice should be 6 - 8 weeks of age | |
Plastic Petri dish | Thermo Scientific | 101VR20 | |
Brain-Heart-Infusion broth | Conda | 1400.00 | |
European Bacteriological Agar | Pronadisa | 1800.00 | |
Agarose D1 Low EEO | Pronadisa | 8010.00 | |
1x TAE buffer | Thermo Scientific | 15558042 | |
MRS broth | Difco | 288130 | |
PBS tablets | Sigma | P4417-100TAB | |
scale | Mettler Toledo | PB602-S | |
sterile forceps | Levantina de Laboratorios S.L. | 260-3710014 | |
Microcentrifuge | Eppendorf | 5424 | |
Centrifuge | Hermle | Z383K | |
sodium chloride | AppliChem Panreac | 121659.1211 | |
Realpure SSS Kit | Real Life Science Solutions, Durviz, Spain | RBME04 (300 ml) | |
Isopropanol | AppliChem Panreac | 131090.1611 | |
Ethanol | AppliChem Panreac | 131086.1214 | |
Qubit fluorometer | Invitrogen | ||
Qubit dsDNA HS Assay Kit | Invitrogen | Q32851 | |
AMPure XP beads | Beckman Coulter Genomics, USA | A63881 (60 ml) | |
PerfeCta NGS library quantification kit | Quanta BioSciences, Maryland, USA | 733-2300 | |
MiSeq v3 reagent kit | Illumina, San Diego, California, USA | MS-102-3003 | |
Primers for 16S rRNA gene amplification | Primers contain V3-V4 region of bacterial 16S rRNA gene and Illumina overhang adaptors:5’-TCG TCG GCA GCG TCA GAT GTG TAT AAG AGA CAG CCT ACG GGN GGC WGC AG-3’ and 5'-GTC TCG TGG GCT CGG AGA TGT GTA TAA GAG ACA GGA CTA CHV GGG TAT CTA ATC C-3’ | ||
Nextera XT Index kit | FC-131-1002 | Indices and Illumina sequencing adaptors | |
Micropestle for 1.5 mL tubes, Eppendorf / Sigma , Ref. | Sigma | Z317314-1PAK | |
Glass beads, 0.1 mm diameter | Biospec Products | 11079-101 | |
NucleoSpin Gel and PCR Clean-up Kit | Macherey-Nagel | 740609.25 | |
Omni Bead Ruptor 24 | Omni International Inc. | 19-040 | |
mutanolysin | Sigma | M9901-10KU | |
lysozyme | Roche | 10837059001 | |
proteinase K | Roche | 3115887001 | |
RNase A | Sigma | R4875 |
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