Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
* Bu yazarlar eşit katkıda bulunmuştur
İn vitro kültür, canlı bakterilerin varlığı için doğrudan bir tespit yöntemidir. Bu protokol, Borrelia burgdorferi sensu lato kompleksi, tekrarlayan ateş Borrelia türleri ve Borrelia miyamotoi dahil olmak üzere çeşitli Borrelia spiroketlerinin kültürü için yöntemleri açıklamaktadır. Bu türler titiz ve yavaş büyür, ancak kültürlenebilir.
Borrelia, B. burgdorferi sensu lato (s.l.) olarak da bilinen ve yakın zamanda Borreliella, tekrarlayan ateş (RF) grubu Borrelia ve üçüncü bir sürüngen ilişkili spiroket grubu olarak yeniden sınıflandırılan Lyme borreliosis (LB) grubundan oluşan üç tür grubundan oluşur. Kültüre dayalı yöntemler, hem araştırma hem de klinik çalışmalar için bakteriyel enfeksiyonların laboratuvar tespiti için altın standart olmaya devam etmektedir, çünkü vücut sıvılarından veya dokularından patojenlerin kültürü, çoğalan patojenleri doğrudan tespit eder ve araştırma için kaynak materyal sağlar. Borrelia ve Borreliella spiroketleri titiz ve yavaş büyür ve bu nedenle klinik amaçlar için yaygın olarak kültürlenmezler; Ancak, araştırma için kültür gereklidir. Bu protokol, B. afzelii, B. americana, B. andersonii, B. bavariensis, B. bissettii/bissettiae, B. burgdorferi sensu stricto (s.s.), B. californiensis, B. carolinensis, B. chilensis, B. finlandensis, B. garinii, B. japonica, B. kurtenbachii, B. lanei, B. lusitaniae, B. maritima, B. mayonii, B. spielmanii, B. tanukii, B. turdi, B. sinica, B. valaisiana, B. yangtzensis ve RFspiroketleri, B. anserina, B. coriaceae, B. crocidurae, B. duttonii, B. hermsii, B. hispanica, B. persica, B. recurrentis ve B. miyamotoi. LB ve RF spiroketlerinin yetiştirilmesi için temel ortam, yerleşik kültürlerde spiroketlerin büyümesini güvenilir bir şekilde destekleyen Barbour-Stoenner-Kelly (BSK-II veya BSK-H) ortamıdır. İnokulumda başlangıç spiroket sayısının düşük olduğu kene veya konakçı kaynaklı örneklerden yeni izole edilmiş Borrelia izolatlarını yetiştirebilmek için, modifiye Kelly-Pettenkofer (MKP) ortamı tercih edilir. Bu ortam aynı zamanda B. miyamotoi'nin büyümesini de destekler.RF spiroketlerin yetiştiriciliğinin başarısı da kritik olarak bileşenlerin kalitesine bağlıdır.
Borrelia, üç ana kladeyi kapsayan bir spiroket bakteri cinsidir: Lyme borreliosis (LB) grubu, tekrarlayan ateş (RF) grubu ve görünüşte sürüngenlerle sınırlı olan daha az iyi karakterize edilmiş bir grup. Borrelia taksonomisi, diğer birçok taksonomik grup 1,2,3,4,5,6,7 için geçerli olduğu gibi, genom ve proteom karşılaştırmalarına izin veren moleküler metodolojilerin ortaya çıkmasıyla uyum içindedir. LB grubu (Lyme hastalığı grubu olarak da adlandırılır) geleneksel olarak en iyi karakterize edilen üyesi Borrelia burgdorferi sensu stricto'dan sonra Borrelia burgdorferi sensu lato olarak adlandırılmıştır. Bu makale şu anda en yaygın kullanılan terminolojiyi kullanmaktadır: LB, RF ve sürüngenle ilişkili grup, LB ve RF grupları için kültür protokollerini açıklamaktadır.
Spirochaetaceae familyasının bir üyesi için beklendiği gibi, Borrelia, tipik olarak 20-30 μm uzunluğunda ve 0.2-0.3 μm genişliğinde, belirgin şekilde uzun ve ince spiral şeklini benimseyebilir. Bununla birlikte, Borrelia hücreleri oldukça pleomorfiktir ve karmaşık hücresel ve genetik yapılarının bir sonucu olarak hem kültürde hem de in vivo 1,8'de birçok başka şekli benimseyebilir. Spiroketal formunda, düzlemsel sinüs dalgası morfolojisi, iç ve dış zarlar arasındaki periplazmik boşlukta dönen eksenel endoflagellasından kaynaklanır. Bu yapı, hücrelerin konakçı dokularla etkileşime girmesini sağlayan proteinler içeren dış zar ile hücrelerin oldukça hareketli olmasını sağlar 9,10. Dış zar proteinlerinin ekspresyonu sıkı bir şekilde düzenlenir ve sadece konakçı doku invazyonunu değil, aynı zamanda konakçı bağışıklık sistemi ile etkileşimi de etkiler11. Bu karmaşık gen ekspresyonu, Borrelia hücrelerinin omurgalı konakçıların ve omurgasız vektörlerin çok farklı ortamları arasında mekik dokumasına izin verir. Borrelia'nın genomu, dairesel bir kromozomdan ziyade doğrusal bir kromozomdan oluşan prokaryotlar arasında olağandışıdır. Doğrusal kromozoma ek olarak, Borrelia türleri bazıları doğrusal ve bazıları dairesel olmak üzere 7-21 plazmid içerir. Plazmidler, konakçı adaptasyonu ve virülans için gerekli genlerin çoğunu barındırır ve profajlardan türetilen dairesel plazmidlerin, spiroketal hücreler arasındaki yatay gen akışının çoğunluğundan sorumlu olduğu düşünülmektedir12,13. Konakçı adaptasyonundaki rolüyle tutarlı olarak, Lyme borreliosis grubunun bazıları, muhtemelen çoğu veya tümü, kültür14'te plazmidleri kaybeder. B. burgdorferi'nin en iyi çalışılmış "laboratuvara uyarlanmış" suşu olan B31, bu türün vahşi izolatlarında bulunan dokuz plazmidden sadece yedisine sahiptir15. Benzer şekilde, B. garinii kültür16'da plazmidleri kaybeder. Bazı çalışmalar, RF türlerinin ve B. miyamotoi'nin kültürlendiğinde plazmidleri koruduğunu göstermiştir14,17, ancak son çalışmalar uzun süreli in vitro ekim ile değişmiş plazmidleri ve bulaşıcılık göstermektedir 18.
Kültüre dayalı yöntemler, hem araştırma hem de klinik çalışmalar için bakteriyel enfeksiyonların laboratuvar tespitinde altın standart olmaya devam etmektedir14,17. Vücut sıvılarından veya dokularından patojenlerin kültürü, çoğalan patojenleri doğrudan tespit eder ve araştırma için kaynak materyal sağlar14,17. Bu protokol, LB grubunun spiroketlerinin yanı sıra RF Borrelia ve B. miyamotoi'nin spiroşetlerini başarılı bir şekilde kültürlemek için gereken metodolojiyi ve tarifleri göstermektedir. Borrelia spiroketlerinin yetiştirilmesi için temel ortam, kirletici prokaryotların büyümesini azaltmak için antibiyotikli veya antibiyotiksiz Barbour-Stoenner-Kelly ortamıdır (BSK-II veya ticari olarak temin edilebilen BSK-H). Bu ortam, başlangıçta RF Borrelia19'u desteklemek için kullanılan bir ortamdan uyarlandı, Stoenner20 ve daha sonra Barbour21 tarafından daha da değiştirildi. O zamandan beri, her biri büyümeyi, bulaşıcılığı ve patojeniteyi etkileyebilecek bakteriyel fizyoloji üzerinde etkileri olan birçok modifikasyon geliştirilmiştir22. Bu ortam, yerleşik kültürlerde spiroketlerin büyümesini güvenilir bir şekilde destekler ve spiroketleri kene, memeli ve klinik örneklerden izole etmek için kullanılmıştır23. Daha yakın zamanda geliştirilen varyasyon, modifiye Kelly-Pettenkofer (MKP) ortamı, yeni Borrelia izolatlarını çevresel örneklerden izole ederken, kültürü tohumlamak için mevcut numunede bulunan spiroket sayısı düşük olduğunda daha iyi izolasyon başarısı, morfoloji ve motilite, 23,24 sağlayabilir. Her durumda, yetiştiriciliğin başarısı kritik olarak taze hazırlanmış ortama ve uygun bileşenlerin kullanımına bağlıdır; Tüm ticari bileşenler yüksek kaliteli ortam üretmez. Aşılanmış kültürler, az miktarda artık ortam oksijeni varlığında geleneksel bir 32-34 ° C inkübatörde sallanmadan rahatça inkübe edilebilir. Borrelia spiroketleri anaeroblardır, ancak doğada oksijen ve karbondioksit konsantrasyonlarındaki dalgalanmalara maruz kalırlar ve gen ekspresyonundaki değişikliklerle yanıt verirler26,27,28,29. Bu nedenle, gen ekspresyonu, büyüme ve diğer metabolik çalışmalar, oksijen kontrollü bir inkübatör veya anaerobik oda kullanılarak oksijen ve karbondioksit seviyelerini kontrol etmelidir. Kültürde, kültürler haftalık olarak veya daha sık, karanlık alan mikroskobu veya faz kontrast mikroskobu ile spiroketlerin varlığı açısından kontrol edilir. Kültür yaymaları gümüş lekeleri, immünohistokimya veya floresan etiketli suşların kullanımı ileboyanabilir 29,30. PCR'yi takiben DNA dizilimi, Borrelia türlerini30,31,32,33 tespit etmek ve genetik olarak tanımlamak veya doğrulamak için hassas ve spesifik bir yöntemdir.
BSK-II üzerinde birçok küçük varyasyon mevcuttur ve bazıları ticari olarak temin edilebilir. Burada bölüm 1'de açıklanan protokol Barbour (1984)21'den uyarlanmıştır. Sıvı MKP ortamı daha yeni geliştirilmiş bir ortamdır ve bölüm 2'de açıklanmıştır. BSK ortamına benzer şekilde iki adımdan oluşan daha önce bildirilen bir protokol33,34'e göre hazırlanır: temel ortamın hazırlanması ve tam ortamın hazırlanması. Borrelia kültür ortamı, bölüm 3'te açıklandığı gibi antibiyotikli veya antibiyotiksiz olarak hazırlanabilir; Antibiyotikler, bölüm 4'te açıklandığı gibi, klinik veya çevresel örneklerle aşılama sırasında ortaya çıkan kirletici bakterileri azaltmak için hareket eder; saf Borrelia sp. kültürü ile aşılanırsa, antibiyotiklere ihtiyaç duyulmayabilir. Uzun vadeli Borrelia stokları yapmak genellikle önemlidir ve bunu yapmak için bir protokol bölüm 5'te açıklanmıştır. Bölüm 6, saf Borrelia sensu lato klonlarını klinik veya çevresel örneklerden izole etmek için bu ortamların kullanılmasını açıklamaktadır. Olası bir dizi yaklaşım vardır36; Aşağıda etkili olduğu tespit edilen bir tanesi verilmiştir. Bu protokolde kullanılan kaplama ortamı, BSK-II kaplama ortamı 37 ve MKP ortamı34'ün bir modifikasyonudur (tavşan serumu% 10'a yükseltilmiş) 38).
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
İnsan deneklerden elde edilen örnekleri içeren tüm çalışmalar, ilgili Üniversite ve/veya tıbbi tesisin Kurumsal İnceleme Kurulu tarafından onaylanmış ve örnekler toplanmadan önce katılımcılardan yazılı bilgilendirilmiş onam alınmıştır. Hayvanlardan alınan örnekleri içeren tüm çalışmalar Kurumsal Hayvan Etik Kurulu rehberliğinde onaylanmış ve yürütülmüştür. İlgili olduğunda, çevresel örnekleme için onaylar alınmıştır.
NOT: Kültürün başarısı kritik olarak bileşenlerin kalitesine bağlıdır. Ticari BSK ortamı mevcuttur ve laboratuarda uyarlanmış saf B. burgdorferi ve kültürü tohumlamak için yüksek doz inokulumun kullanılabileceği ilgili türlerin büyümesini sağlam bir şekilde desteklemektedir. Birincil biyolojik materyalden suşların izolatları için, taze hazırlanmış ortam tercih edilir ve sıklıkla gereklidir.
Borrelia sp. bilinen veya şüphelenilen patojenlerdir ve taranmamış insan veya hayvan dokuları da biyolojik tehlike oluşturabilir. Potansiyel olarak bulaşıcı malzemelerin taşınması, araştırmacı güvenliği için kişisel koruyucu ekipman ve steril teknik gerektirir. Ek olarak, ortam o kadar besin açısından zengindir ki, kültür kolayca kirlenir. Bu çalışma için genellikle biyogüvenlik seviye 2 muhafaza gereklidir ve Borrelia sp. veya numuneler ile yapılan tüm çalışmalar biyolojik bir güvenlik kabininde yapılmalıdır.
1. BSK-II ortamını yapmak için talimatlar
Bileşen | Miktar (/L) |
BSA fraksiyonu V | 50 gr |
CMRL-1066 (10x) | 100 mL |
Neopepton | 5 gr |
Hepes | 6 gr |
Sitrik asit trisodyum tuzu dihidrat | 0.7 gr |
Glikoz | 5 gr |
TC Yeastolate | 2 gr |
Pirüvik asit (Na tuzu) | 0.8 gr |
N-asetil-D-glukozamin | 0.4 gr |
Sodyum bikarbonat | 2.2 gr |
Su (yüksek saflıkta) | 900 mL |
Tablo 1: 1 L BSK-II ortamının bileşimi.
Kaynak | Uygunluk |
Serva GmbH, Heidelberg, Almanya | Evet |
Proliant Biologicals, Boone IA, ABD | Evet |
Sigma (Millipore-Sigma & Sigma- Aldrich), St. Louis, MO, Amerika Birleşik Devletleri | Hayır |
Tablo 2: BSA kaynakları ve BSK-II ortamına uygunluk.
2. MKP yapma talimatları
Bileşen | Miktar (/L) |
CMRL-1066 (glutamin olmadan 10x) | 100 mL (sıvı ise)/9,7 g/L toz halinde |
Neopepton | 3 gr |
Hepes | 6 gr |
Sitrik asit | 0.7 gr |
Glikoz | 3 gr |
Pirüvik asit | 0.8 gr |
N-asetilglukozamin | 0.4 gr |
Sodyum bikarbonat | 2 gr |
Tablo 3: 1 L bazik MKP (Modifiye Kelly-Pettenkofer) ortamının bileşimi.
Bileşen | Miktar (mL) |
Temel ortam | 500 |
% 7 jelatin (H2O cinsinden) (taze otoklavlanmış ancak sıcak değil) | 100 |
Tavşan serumu | 36 |
%35 BSA | 17.5 |
Tablo 4: MKP (Modifiye Kelly-Pettenkofer) komple ortamının bileşimi.
3. Borrelia kültürü, antibiyotikli veya antibiyotiksiz
4. Borrelia kültürlerinin uzun süreli depolanması
5. Spiroketlerin çevresel veya klinik kaynaklardan izolasyonu
NOT: Materyal insan, hayvan veya çevresel kaynaklardan izole ediliyorsa, uygun olduğu şekilde araştırma etiği, hayvan bakımı veya ekolojik sertifika alınmalıdır.
6. B. burgdorferi sensu lato spiroketes ve B. miyamotoi'nin monoklonal popülasyonlarının katı ortam üzerinde yetiştirilerek sıvı kültürlerden izolasyonu
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Borrelia kültür ortamı BSK ve MKP ve varyantları, sırayla hazırlanması ve sterilize edilmesi gereken bileşenlere sahip zengin kültür ortamlarıdır. Doğru hazırlandığında, BSK ortamı kırmızı-turuncu ve berrak olmalıdır (Şekil 1). Isınmadan sonra devam eden bulanıklık ve yağış, sorunlu içerikleri, orta üretimi veya kontaminasyonu gösterir; Böyle bir ortam en iyi şekilde atılır. BSK'ya ve MKP'ye jelatin eklenirse, ortam soğutulduğunda jelatinli ola...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Bakterilerin laboratuvar kültürü, araştırma için sıçrama tahtasıdır. Kültür yeteneğinin sağladığı derin avantaj, bir yüzyıldan fazla bir süredir ancak son zamanlarda başarı ile sonuçlanan, sifilizin etiyolojik ajanı olan Treponema pallidum'un kültürüne verilen mücadeleyle örneklenmektedir44. Borrelia spiroketleri de kültüre meydan okuyor, ancak kültür mümkün 23,24,34,44,45,46,47,48,49.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Hiçbir çıkar çatışması ilan edilmedi.
Bu çalışma kısmen Kanada Doğa Bilimleri ve Mühendisliği Araştırma Konseyi ve Kanada Lyme hastalığı Vakfı (AB ve VL), İsveç Araştırma Konseyi (SB, M-LF ve IN), TAČR GAMA 2 projesi - "Biyoloji Merkezi CAS'ta uygulama potansiyeli doğrulama 2.0 desteği" (TP01010022) (MG ve NR) ve Çek Cumhuriyeti Sağlık Bakanlığı NV19-05-00191 (MG ve NR) tarafından desteklenmiştir. Şekil 4'teki görüntü için S. Vranjes'e (2021, Rudenko laboratuvarı) ve Şekil 5'teki görüntüler için J. Thomas-Ebbett'e (2021, Lloyd laboratuvarı) teşekkür ederiz. Alanında emeği geçen tüm araştırmacılara teşekkür ediyor, alan kısıtlılığı nedeniyle çalışmalarına atıf yapamadığımız araştırmacılardan özür diliyoruz.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1.7 mL tubes | VWR | 87003-294 | Standard item - any supplier will do |
0.2 µm Sterile syringe filter | VWR | 28145-501 | Standard item - any supplier will do |
10 µL barrier pipette tip | Neptune | BT10XLS3 | Standard item - any supplier will do |
10 mL Serological pipettes | Celltreat | 229011B | Standard item - any supplier will do |
1000 µL barrier pipette tip | Neptune | BT1000.96 | Standard item - any supplier will do |
15 mL tube | Celltreat | 188261 | Standard item - any supplier will do |
20 µL barrier pipette tip | Neptune | BT20 | Standard item - any supplier will do |
20 mL Sterile syringe | BD | 309661 | Standard item - any supplier will do |
200 µL barrier pipette tip | Neptune | BT200 | Standard item - any supplier will do |
25 mL Screw Cap Culture Tubes | Fisher Scientific | 14-933C | Standard item - any supplier will do |
25 mL Serological pipettes | Celltreat | 229025B | Standard item - any supplier will do |
3 mL Sterile syringe | BD | 309657 | Standard item - any supplier will do |
35% BSA | Sigma | A-7409 | Source is important - see note |
5 mL Serological pipettes | Celltreat | 229006B | Standard item - any supplier will do |
50 mL tube | Celltreat | 229421 | Standard item - any supplier will do |
6.5 ml MKP glass tubes | Schott | Schott Nr. 26 135 115 | Standard item - any supplier will do |
Amikacine | Sigma | PHR1654 | Standard item - any supplier will do |
Amphotericin B | Sigma | A9528-100MG | Standard item - any supplier will do |
Bactrim/rimethoprim/sulfamethoxazole | Sigma | PHR1126-1G | Standard item - any supplier will do |
BBL Brucella broth | BD | 211088 | Standard item - any supplier will do |
Biosafety Cabinet | Labconco | 302419100 | Standard item - any supplier will do |
Blood collection tubes (yellow top - ACD) | Fisher Scientific | BD Vacutainer Glass Blood Collection Tubes with Acid Citrate Dextrose (ACD) | Standard item - any supplier will do |
BSK-H Medium [w 6% Rabbit serum] | Darlynn biologicals | BB83-500 | Standard item - any supplier will do |
centrifuge | Eppendorf | model 5430 | Standard item - any supplier will do |
Citric acid TrisodiumSaltDihydrate | Sigma | C-8532 100 g | Standard item - any supplier will do |
CMRL | Gibco BRL | 21540 500 mL | Standard item - any supplier will do |
CMRL-1066 | Gibco | 21-510-018 | Standard item - any supplier will do |
Cryogenic Tubes (Nalgene) | Fisher Scientific | 5000-0020 | Standard item - any supplier will do |
Deep Petri with stacking ring 100 mm × 25 mm | Sigma | P7741 | Standard item - any supplier will do |
Digital Incubator | VWR | model 1545 | Standard item - any supplier will do |
DMSO | ThermoFisher | D12345 | Standard item - any supplier will do |
Filters for filter sterilization | Millipore 0.22μm GPExpressPLUS Membrane | SCGPU05RE | Standard item - any supplier will do |
Gelatin | Difco BD | 214340 500 g | Standard item - any supplier will do |
Glass Culture Tubes | Fisher Scientific | 99449-20 | Standard item - any supplier will do |
Glucose | Sigma | G-7021 1 kg | Standard item - any supplier will do |
Glycerol | Sigma | G5516 | Standard item - any supplier will do |
Hemafuge (Hematocrit & Immuno hematology centrifuge ) | Labwissen | Model 3220 | Standard item - any supplier will do |
HEPES | Sigma | H-3784 100 g | Standard item - any supplier will do |
N-acetylglucoseamine | Sigma | A-3286 25 g | Standard item - any supplier will do |
Neopeptone | Difco BD | 211681 500 g | Standard item - any supplier will do |
Neubauer Hematocytometer | Sigma | Z359629 | Standard item - any supplier will do |
Phase contrast microscope | Leitz | Standard item - any supplier will do | |
Phosphomycin | Sigma | P5396-1G | Standard item - any supplier will do |
Phosphomycine | Sigma | P5396 | Standard item - any supplier will do |
Pipetboy | Integra | Standard item - any supplier will do | |
Precision Standard Balance | OHAUS | model TS200S | Standard item - any supplier will do |
Pyruvic acid (Na salt) | Sigma | P-8574 25 g | Standard item - any supplier will do |
Rabbit Serum | Gibco | 16-120-032 | Source is important |
Rabbit Serum | Sigma | R-4505 100 mL | Source is important |
Rifampicin | Sigma | R3501-1G | Standard item - any supplier will do |
Sodium bicarbonate | Sigma | S-5761 500 g | Standard item - any supplier will do |
Sufametaxazole | Sigma | PHR1126 | Standard item - any supplier will do |
TC Yeastolate | Difco BD | 255752 100 g | Standard item - any supplier will do |
Transfer Pipettes | VWR | 470225-044 | Standard item - any supplier will do |
Trimethoprim | Sigma | PHR1056 | Standard item - any supplier will do |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır