Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
Sunulan protokol, Manuka Balı ile muamele edilen bakteri kültürlerinde Canlı Ancak Kültürlenemeyen Hücreleri (VBNC) ölçmek için bir prosedürü açıklar.
Bakteriler arasındaki antibiyotik direnci ve toleransı, küresel sağlık için önemli bir tehdit oluşturmaktadır. Antibiyotik direncine ve toleransına katkıda bulunan mekanizmalar arasında sırasıyla genetik mutasyonlar ve direnç genlerinin kazanılması ve Canlı Ancak Kültürlenemez (VBNC) ve diğer uyku hallerine geçiş yer alır. Genetik olarak antibiyotiğe toleranslı olmayan muadilleriyle aynı olmasına rağmen, VBNC hücreleri metabolik olarak inaktif kalarak antibiyotik etkilerinden kaçar. Antibiyotikler, yalnızca DNA replikasyonu veya transkripsiyon gibi hedef süreçleri aktif olduğunda etkilidir. Çevresel stres faktörleri, özellikle antibiyotikler, bakterileri uyku haline getirebileceğinden, bu yanıtı en aza indirmek veya önlemek için alternatif antimikrobiyallere ihtiyaç vardır. Antimikrobiyal Manuka Balı (MH), nadir direnç gelişimi ile birçok bakteriye karşı etkilidir. Çok yönlü antimikrobiyal mekanizmaları, onu bakteriyel enfeksiyonları tedavi etmek için değerli bir ajan haline getirir. Bu araştırma, MH'nin geleneksel antibiyotiklere göre daha az VBNC hücresi indüklediği hipotezini test ederek antibiyotik direnci gelişimine karşı MH inatçılığını araştırdı. Bunu araştırmak için, yaraya neden olan bakterileri tedavi etmek için bir protokol geliştirildi Staphylococcus aureus ve Pseudomonas aeruginosa minimum inhibitör MH konsantrasyonları veya geleneksel antibiyotikler tobramisin veya meropenem ile, daha sonra metabolik olarak aktif kültürlenebilir hücreleri tanımlamak için canlı plaka sayısını ve tüm canlı hücreleri tanımlamak için canlı / ölü boyamayı kullandı. VBNC hücrelerinin sayısı, canlı hücre sayısı eksi kültürlenebilir hücre sayısına eşitti. Bazı deneylerde, kültürlenebilir hücre sayısı, canlı hücre sayısından daha yüksekti ve negatif sayıda VBNC hücresi verdi; bu nedenle, VBNC hücre sayıları doğrudan karşılaştırılmadı. Bunun yerine, her tedavi için kültürlenebilir ve canlı hücre sayıları karşılaştırıldı. Sadece tobramisin ile tedavi edilen P. aeruginosa , canlı hücrelerden önemli ölçüde daha az kültürlenebilir hücreye sahipti, bu da daha fazla sayıda VBNC hücresine işaret ediyor. Bu protokol hızlı ve kolaydır ve diğer patojenik bakterilerde VBNC hücrelerinin MH indüksiyonunu değerlendirmek için kullanılabilir.
Canlı Ama Kültürlenemez (VBNC) uyku halindeki bakteriler antibiyotik tedavisinden sağ çıkar ve tekrarlayan ve bazen ölümcül bulaşıcı hastalıklara neden olur 1,2,3. Bize daha tanıdık gelen, kalıtsal bir genetik değişim yoluyla ortaya çıkan antibiyotik direncidir4. Genetik değişiklik, bir antibiyotiğin alımını sınırlamak, antibiyotiğin akışını artırmak, antibiyotik hedefini değiştirmek veya antibiyotiği inaktive etmek dahil olmak üzere çeşitli mekanizmalarla spesifik bir antibiyotiğe direnç sağlar4. Buna karşılık, uyku halindeki bakteriler metabolizmalarını azaltarak daha geniş ve kalıtsal olmayan bir antibiyotik toleransı sergilerler 2,3. Antibiyotikler, DNA replikasyonu ve hücre duvarı sentezi dahil olmak üzere spesifik metabolik süreçleri hedefler ve metabolik olarak aktif olmayan VBNC hücrelerine karşı etkisizdir4. VBNC hücreleri, çoğu bakteri popülasyonunda genetik olarak aynı antibiyotiğe duyarlı kardeşlerinin yanı sıra stokastik olarak düşük sayılarda bulunur5. Bununla birlikte, antibiyotik maruziyeti de dahil olmak üzere çevresel stres faktörleri, duyarlı bakteri hücrelerinin antibiyotiğe toleranslı VBNC durumunagirmesine neden olur 3,6. Antibiyotik tedavisi, popülasyondaki antibiyotiğe duyarlı hücreleri öldürürken, uykuda olan VBNC hücreleri kalır. Adından da anlaşılacağı gibi, VBNC hücreleri metabolik olarak aktif kardeşlerinin büyümesi için uygun ortamlarda kültürlenemez. Bununla birlikte, zarları ve genetik materyalleri zarar görmemiştir veüreyebilirler 7,8. Antibiyotikler çıkarıldığında, VBNC hücrelerini uyku halinden uyandırmak ve büyümeyi eski haline getirmek için besinler, sıcaklık veya konak faktörleri gibi spesifik uyaranlar gereklidir 3,9. VBNC hücreleri, yara enfeksiyonlarının başlıca etiyolojik ajanları olan P. aeruginosa ve S. aureus dahil olmak üzere birçok patojenik bakteri türünde belgelenmiştir10,11.
Bal, antibakteriyel özellikleri nedeniyle yara tedavisi de dahil olmak üzere tıbbi uygulamalarda uzun süredir kullanılmaktadır12. Manuka çalısının (Leptospermum scoparium) çiçeklerinden elde edilen Manuka Balı (MH), geniş spektrumlu bakterisidal aktivitesi ile belirtilmiştir (13,14,15'te gözden geçirilmiştir). Geleneksel antibiyotiklere kalıtsal direnç sergileyen Metisiline Dirençli Staphylococcus aureus ve Vankomisine Dirençli Enterococcus gibi bakteri suşları da dahil olmak üzere test edilen insan enfeksiyonuna neden olan bakterilerin çoğunu başarıyla öldürür16,17. Ek olarak, MH'ye karşı indüklenmiş bakteri direnci nadirdir, sadece bala maruz kalan P. aeruginosa biyofilmlerinde ve test edilen balın bir alt kümesinin artan konsantrasyonlarında kültürlenen Escherichia coli'de tespit edilir 18,19,20,21. Bu, MH'nin antimikrobiyal mekanizmalarının geleneksel antibiyotiklerden farklı olduğunu ve daha az VBNC hücresine neden olabileceğini veya hiç VBNC hücresi indükleyemeyeceğini düşündürmektedir. Bu hipotez, MH'nin geleneksel antibiyotiklere kıyasla VBNC popülasyonlarını nasıl etkilediğini belirleyerek test edildi.
VBNC hücreleri, metabolik olarak aktif kültürlenebilir kardeşlerinden ve ölü hücrelerden ayırt edilmelidir. Kültürlenebilir hücreler, hücrelerin rutin kültür ortamına aktarıldığı ve gözlemlenebilir kolonilerle sonuçlanacak kadar hücre bölünmesi için yeterli bir süre boyunca inkübe edildiği canlı plaka sayımı tekniği kullanılarak sayılır. VBNC hücrelerini ölü hücrelerden ayırt etmek için sağlam zarlarına ve düşük seviyeli transkripsiyonlarına dayalı olarak çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. Mikroskopi veya akış sitometrisi ile birleştirilen substrat ve floresan boya alımı, sağlam zarları22,23 gösteren bir renkle mikroskopi veya akış sitometrisi ile hücrelerin doğrudan sayılmasına izin verir. Elektron taşıma zincirinin sağlam bir hücre zarında bulunmasını gerektiren solunum testleri, canlı ve ölü hücreleri ayırt etmek için de kullanılmıştır24. Amplifikasyonu önleyen DNA modifiye edici boyalarla birleştirilmiş kantitatif PCR (qPCR) yöntemleri de geliştirilmiştir; sadece canlı hücrelerden gelen DNA, sağlam zarlarboyayı 25 dışladığı için amplifiye edilecektir. VBNC hücreleri uykuda olmalarına rağmen, yine de genleri düşük bir seviyede kopyalarlar ve bu, ters transkripsiyon PCR26 kullanarak onları ölü hücrelerden ayırt etmek için de kullanılabilir.
Bu çalışmada, MH ile tedavi edilen iki yaraya neden olan patojenik bakteri olan S. aureus ve P. aeruginosa'da VBNC hücrelerini ölçmek için bir test geliştirilmiştir. Bakterilerin MH ve konvansiyonel antibiyotiklerle tedavisini ve kültürlenebilir ve canlı hücreleri tespit etmek için canlı plaka sayısı ve canlı/ölü boyamanın kullanımını açıklar. Bu kolay ve ucuz protokol, MH'nin birçok bakteriyel patojende antibiyotiğe dirençli VBNC hücrelerini indükleme yeteneğinin analizine izin verecektir.
P. aeruginosa (ATCC9721) ve S. aureus (ATCC29213) Biyogüvenlik Seviye 2 ajanları olarak sınıflandırıldığından, çalışmanın yürütüldüğü odaların sınırlı erişime sahip olması ve karıştırma ve santrifüjleme kültürleri gibi sıçrama veya aerosol oluşturabilecek manipülasyonlar için bir biyogüvenlik kabini ile donatılması gerekir. Bu protokolün tüm adımlarında laboratuvar önlüğü, koruyucu gözlük ve eldiven dahil olmak üzere kişisel koruyucu ekipman (KKD) kullanın. Deneylerde kullanılan tüm reaktifler ve ekipmanlar Malzeme Tablosunda listelenmiştir.
1. Steril et suyu ve agar kültür ortamının hazırlanması
2. -80 °C'den arşivlenmiş Staphylococcus aureus ve Pseudomonas aeruginosa suşlarının alınması (1. Gün)
3. Manuka Balı (MH) ve antibiyotik ile tedavi için S. aureus ve P. aeruginosa'nın hazırlanması (2. Gün)
4. MH'nin hazırlanması ve MH'nin kurulması ve S. aureus ve P. aeruginosa'nın antibiyotik tedavileri (T = 0) (3. Gün)
5. Numunelerde kültüre alınabilen hücrelerin canlı plaka sayımı yöntemi kullanılarak belirlenmesi (Gün 3 - 5)
6. Canlı/ölü boyama ve floresan mikroskobu kullanılarak örneklerdeki canlı hücrelerin belirlenmesi (3. veya 4. gün)
7. Canlı ancak kültürlenemeyen hücrelerin (VBNC'ler) sayısının belirlenmesi
NOT: VBNC'lerin sayısını belirlemek için canlı plaka sayısından elde edilen kültürlenebilir hücre sayılarını ve canlı/ölü boyamadan elde edilen canlı hücre sayısını kullanın.
Canlı ancak kültürlenemeyen (VBNC) bakteriyel yaşam formları, antibiyotik tedavisi de dahil olmak üzere stresörler tarafından indüklenir ve antibiyotik toleransları nedeniyle tekrarlayan enfeksiyonlara neden olur. MH, direncin nadiren tespit edildiği geniş spektrumlu bir antimikrobiyal olduğundan, MH'nin geleneksel antibiyotiklerden daha az VBNC'yi indüklediği varsayılmıştır. Burada tarif edilen yöntem, yaraya neden olan iki bakteri, S. aureus ve P. aerug...
Burada açıklanan protokol, MH ve konvansiyonel antibiyotiklerin minimum inhibitör konsantrasyonları (MIC'ler) ile tedavi edilen yaraya neden olan bakterilerde VBNC hücre popülasyonlarının saptanmasına izin verir. Protokoldeki kritik adımlar, MH seyreltmelerinin deney gününde hazırlanmasını, canlı/ölü boyama sırasında numune kaybının önlenmesini ve analiz edilen hacmin doğru bir şekilde hesaplanmasını içeriyordu. Bu ve diğer çalışmalar için, S. aureus<...
Yazarların açıklanacak herhangi bir çıkar çatışması yoktur.
Bu çalışma, iki Doğu Washington Üniversitesi hibesi, A.R.C.'ye Fakülte Araştırma ve Yaratıcı Çalışmalar Hibesi ve L.T.B.'ye Lisans Araştırma ve Yaratıcı Faaliyetler Hibesi ile finanse edildi. Bill ve Connie Cross, dijital kameralı Leica DMIL ters floresan mikroskobu satın almak için EWU'ya fon bağışladı.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Mueller Hinton broth | Fisher Bioreagents | B12322 | |
Luria Bertani (LB) broth | Fisher Bioreagents | BP142602 | |
BD Difco Agar | Fisher Scientific | DF0812-07-1 | |
sodium chloride | Sigma | S3014-500g | |
meropenem | TargetMol | T0224 | |
tobramycin | Selleck Chemicals | S2514 | |
Staphylococcus aureus | ATCC | ATCC29213 | |
Pseudomonas aeruginosa | ATCC | ATCC9721 | |
shaking incubator | Eppendorf | M13520000 | |
incubator | Benchmark Scientific | H2200-H | |
Manukaguard Manuka Honey | Amazon | NA | |
DMIL inverted fluorescent microscope | Leica Microsystems | 11521265 | |
Digital camera | Leica Microsystems | 12730522 | |
15 mL falcon tubes | Genesee Scientific | 28-103 | |
serological pipets | Diagnocine | DP-LB0100005, DP-LB010010 | |
Pipet Aid Pipettor | Drummond Scientific Company | 4-000-101 | |
Bunsen burner | Fisher Scientific | S48108 | |
Rainin pipets | Pipette.com | L-20, L-200, L-1000 | |
balance | Mettler Toledo | XS603S | |
96-well plate | Falcon | 351172 | |
inoculating loop | Fisher Scientific | 13-104-5 | |
isopropanol | Fisher Scientific | BP2618-1 | |
glass spreader | homemade | NA | |
Live dead staining kit for bacteria | Invitrogen | L7012 | |
microfuge tubes | Biologix Research Company | SKU 80-1500/P80-1500 | |
tin foil | Costco | NA | |
Figure making software | GraphPad | NA | GraphPad Prism was used for making figures and conducting statistical analyses. |
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