Name: tools for the real-time assessment of a pseudomonas aeruginosa infection model
Uploaded: 2021-04-06T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Tools for the Real-Time Assessment of a Pseudomonas aeruginosa Infection Model at JoVE.com

S.E.D wordt ondersteund door start-upfondsen van de afdeling Moleculaire Geneeskunde, de Universiteit van Zuid-Florida, evenals een CFF-onderzoeksbeurs (DARCH19G0), de N.I.H (5R21AI147654 - 02 (PI, Chen)) en het USF Institute on Microbiomes. We bedanken het Whiteley-lab voor de voortdurende samenwerking met betrekking tot datasets met betrekking tot dit manuscript. Wij danken Dr. Charles Szekeres voor het faciliteren van FACS sortering. Figuren werden gemaakt door A.D.G en S.E.D met behulp van Biorender.com.

1. Bereid synthetisch cystisch fibrosemedium (SCFM2)
OPMERKING: De bereiding van SCFM2 bestaat uit drie hoofdfasen die hieronder worden beschreven(figuur 2). Voor volledige details en referenties, zie9,10,12.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62420/62420fig02.jpg"> ...

<ol>
	<li>Ramsay, K. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+changing+prevalence+of+pulmonary+infection+in+with+fibrosis:+A+longitudinal+analysis.">The changing prevalence of pulmonary infection in with fibrosis: A longitudinal analysis.</a> Journal of Cystic Fibrosis. 16 (1), 70-77 (2017).</li><li>Bessonova, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Data+from+the+US+and+UK+cystic+fibrosis+registries+support+disease+modification+by+CFTR+modulation+with+ivacaftor.">Data from the US and UK cystic fibrosis registries support disease modification by CFTR modulation with ivacaftor.</a> Thorax. 73 (8), 731-740 (2018).</li><li>Breuer, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Changing+prevalence+of+lower+airway+infections+in+young+children+with+cystic+fibrosis.">Changing prevalence of lower airway infections in young children with cystic fibrosis.</a> American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 200 (5), 590-599 (2019).</li><li>O'Donnell, J. N., Bidell, M. R., Lodise, T. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Approach+to+the+treatment+of+patients+with+serious+multidrug-resistant+Pseudomonas+aeruginosa+infections.">Approach to the treatment of patients with serious multidrug-resistant Pseudomonas aeruginosa infections.</a> Pharmacotherapy. 40 (9), 952-969 (2020).</li><li>Bjarnsholt, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+in+vivo+biofilm.">The in vivo biofilm.</a> Trends in Microbiology. 21 (9), 466-474 (2013).</li><li>Darch, S. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatial+determinants+of+quorum+signaling+in+a+Pseudomonas+aeruginosa+infection+model.">Spatial determinants of quorum signaling in a Pseudomonas aeruginosa infection model.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 115 (18), 4779-4784 (2018).</li><li>Zhu, K., Chen, S., Sysoeva, T. A., You, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Universal+antibiotic+tolerance+arising+from+antibiotic-triggered+accumulation+of+pyocyanin+in+Pseudomonas+aeruginosa.">Universal antibiotic tolerance arising from antibiotic-triggered accumulation of pyocyanin in Pseudomonas aeruginosa.</a> PLoS Biology. 17 (12), 3000573 (2019).</li><li>Ciofu, O., Tolker-Nielsen, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tolerance+and+resistance+of+Pseudomonas+aeruginosa+biofilms+to+antimicrobial+agents-how+P.+aeruginosa+can+escape+antibiotics.">Tolerance and resistance of Pseudomonas aeruginosa biofilms to antimicrobial agents-how P. aeruginosa can escape antibiotics.</a> Frontiers in Microbiology. 10, 913 (2019).</li><li>Turner, K. H., Wessel, A. K., Palmer, G. C., Murray, J. L., Whiteley, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Essential+genome+of+Pseudomonas+aeruginosa+in+cystic+fibrosis+sputum.">Essential genome of Pseudomonas aeruginosa in cystic fibrosis sputum.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (13), 4110-4115 (2015).</li><li>Darch, S. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phage+inhibit+pathogen+dissemination+by+targeting+bacterial+migrants+in+a+chronic+infection+model.">Phage inhibit pathogen dissemination by targeting bacterial migrants in a chronic infection model.</a> MBio. 8 (2), 00240 (2017).</li><li>Jorth, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regional+isolation+drives+bacterial+diversification+within+cystic+fibrosis+lungs.">Regional isolation drives bacterial diversification within cystic fibrosis lungs.</a> Cell Host &amp; Microbe. 18 (3), 307-319 (2015).</li><li>Palmer, K. L., Aye, L. M., Whiteley, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nutritional+cues+control+Pseudomonas+aeruginosa+multicellular+behavior+in+cystic+fibrosis+sputum.">Nutritional cues control Pseudomonas aeruginosa multicellular behavior in cystic fibrosis sputum.</a> Journal of Bacteriology. 189 (22), 8079-8087 (2007).</li><li>Davies, D. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+involvement+of+cell-to-cell+signals+in+the+development+of+a+bacterial+biofilm.">The involvement of cell-to-cell signals in the development of a bacterial biofilm.</a> Science. 280 (5361), 295-298 (1998).</li><li>Hartmann, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+image+analysis+of+microbial+communities+with+BiofilmQ.">Quantitative image analysis of microbial communities with BiofilmQ.</a> Nature Microbiology. 6 (2), 151-156 (2021).</li><li>Stacy, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bacterial+fight-and-flight+responses+enhance+virulence+in+a+polymicrobial+infection.">Bacterial fight-and-flight responses enhance virulence in a polymicrobial infection.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 111 (21), 7819-7824 (2014).</li></ol>

Dit werk heeft methodologieën geïntroduceerd die kunnen worden gecombineerd om bacteriële geaggregeerde populaties te bestuderen in de aan- en afwezigheid van antibioticabehandeling. Clsm met hoge resolutie maakt de visualisatie mogelijk van veranderingen in geaggregeerde biomassa en de structurele oriëntatie van aggregaten in realtime bij blootstelling aan antibiotica. Bovendien kunnen fysieke en structurele kenmerken van de biomassa die overblijven na behandeling met antibiotica worden gekwantificeerd, met als doel...

Pseudomonas aeruginosa (Pa) is een opportunistische ziekteverwekker die chronische infecties vaststelt bij immuungecompromitteerde personen. Voor mensen met de genetische ziekte cystic fibrosis (CF), kunnen deze infecties de loop van een leven duren. CF veroorzaakt de opbouw van een stroperig, voedingsrijk sputum in de luchtwegen, dat in de loop van de tijd wordt gekoloniseerd door een verscheidenheid aan microbiële pathogenen. Pa is een van de meest voorkomende CF-pathogenen, koloniseert de luchtwegen in de vroege kinderjaren en stelt moeilijk te behandelen infecties vast1. Pa blijft een belangrijk klinisch probleem en wordt beschouwd als een belangrijke doodsoorzaak bij mensen met CF, ondanks verbeterde therapieregimes in de afgelopen jaren2,3. Dit persistentiefenotype en toenemende antibioticatolerantie hebben Pa een plaats opgeleverd in een groep pathogenen die door zowel de Centers for Disease Control (CDC) als de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) zijn geïdentificeerd als onderzoeksprioriteiten voor de ontwikkeling van nieuwe therapeutische strategieën - de ESKAPE-pathogenen4.
Net als andere ESKAPE-pathogenen komt verworven antibioticaresistentie vaak voor bij Pa, maar er zijn ook veel intrinsieke eigenschappen die bijdragen aan de antimicrobiële tolerantie van Pa. Onder deze is het vermogen van Pa om aggregaten-zeer dichte clusters van ~ 10-1.000 cellen te vormen, die kunnen worden waargenomen bij meerdere infecties, waaronder CF-patiënt sputum5,6. Vergelijkbaar met Pa bestudeerd in andere biofilmsystemen, vertonen Pa-aggregaten klinisch relevante fenotypen zoals verhoogde resistentie tegen antibiotica en activering van cel-celcommunicatie (quorum sensing (QS)). Van aggregaten van Pa is bijvoorbeeld aangetoond dat ze QS-gereguleerd gedrag gebruiken om andere microben te bestrijden en antimicrobiële behandelingen zoals de productie van pyocyanine te verdragen7. Het vermogen om dergelijk gedrag te bestuderen biedt een opwindend inzicht in bacteriële ecosystemen in een omgeving die vergelijkbaar is met die waarin ze in het menselijk lichaam bestaan.
Een van de grootste uitdagingen bij het bestuderen van hoe Pa-aggregaten reageren op de veranderende sputumomgeving is het gebrek aan nutritioneel relevante en robuuste systemen die de vorming van aggregaten bevorderen. Veel van wat bekend is over Pa is ontdekt met behulp van in vitro systemen waarin cellen planktonisch groeien of in een karakteristieke aan het oppervlak gehechte, "paddenstoel" -architectuur die niet in vivo is waargenomen 8. Hoewel klassieke biofilmgroeimodellen, zoals stromingscellen of vaste agar, uitgebreide en waardevolle kennis hebben opgeleverd over bacterieel gedrag en mechanismen van antibioticatolerantie, vertalen deze bevindingen zich niet altijd in vivo. Veel in vitro modellen hebben een beperkt vermogen om de groeiomgeving van de menselijke infectieplaats na te bootsen, waardoor kostbare in vivo studies nodig zijn. Op hun beurt missen veel in vivo modellen de flexibiliteit en resolutie die in vitro technieken bieden.
Synthetische cystic fibrosis sputum (SCFM2) is ontworpen om een omgeving voor Pa-groei te bieden die vergelijkbaar is met die ervaren tijdens chronische infectie in de CF-long. SCFM2 omvat voedingsbronnen geïdentificeerd in slijmolijmoste CF sputa naast mucine, lipiden en DNA. Pa-groei in SCFM2 vereist een bijna identiek gen dat is ingesteld als dat nodig is voor groei in feitelijk sputum en ondersteunt natuurlijke Pa-aggregaatvorming 9,10. Na inenting vormen planktonische cellen aggregaten die in omvang toenemen door expansie. Individuele cellen (aangeduid als migranten) worden vrijgegeven uit aggregaten, migreren naar niet-gecoloniseerde gebieden en vormen nieuwe aggregaten10. Deze levensgeschiedenis kan worden waargenomen met behulp van CLSM en beeldanalyse met de resolutie van een enkele cel. Aggregaten van Pa gevormd in SCFM2 zijn van vergelijkbare grootte als die waargenomen in de CF-long10. Dit model maakt het mogelijk om meerdere aggregaten van verschillende grootte in real-time en in drie dimensies op micronschaal te observeren. Time-lapse microscopie maakt het mogelijk om duizenden (~ 50.000) aggregaten in één experiment te volgen. Het gebruik van beeldanalysesoftware maakt het mogelijk om geaggregeerde fenotypen uit micrografieën te kwantificeren, inclusief geaggregeerd volume, oppervlakte en positie in drie dimensies tot op 0,1 μm, zowel op individueel geaggregeerd als populatieniveau. Het vermogen om aggregaten te groeperen op fenotype en positie maakt de differentiatie van aggregaten in verschillende ontwikkelingsstadia met precisie mogelijk, evenals hun reactie op een veranderende micro-omgeving6,11.
De toepassing van SCFM2 om Pa-aggregaten te bestuderen in lage volumes en high-throughput assays maken het een flexibel, kosteneffectief model. Als gedefinieerd medium biedt SCFM2 uniformiteit en reproduceerbaarheid op meerdere platforms, waardoor een nutritioneel en fysiek relevante methode wordt geboden om Pa-aggregaten in vitro te bestuderen 9. Toepassingen omvatten het gebruik ervan in combinatie met CLSM om ruimtelijke organisatie en antibioticatolerantie bij hoge resolutie te observeren (zoals beschreven in dit methodendocument). De mogelijkheid om experimenten uit te voeren die real-time gegevens op micronschaal opleveren, maakt de studie van intra-species en inter-species interacties mogelijk, omdat ze in vivokunnen voorkomen. SCFM2 is bijvoorbeeld eerder gebruikt om de ruimtelijke dynamiek van cel-celcommunicatie in geaggregeerde populaties te bestuderen via een netwerk van systemen die door Pa worden gebruikt om meerdere genen te reguleren die bijdragen aan virulentie en pathogenese6.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62420/62420fig01.jpg"> Figuur 1: Grafische weergave van de belangrijkste experimentele stappen. (A) SCFM2 wordt ingeënt met Pa-cellen en mag aggregaten vormen in een kweekschaal met glazen bodem. (B) Aggregaten worden overgebracht naar de confocale microscoop en antibioticum wordt toegevoegd. Afgebeeld zijn drie technische replicaties (kamers 1-3) en een controleput (4) van geënt SCFM2 zonder antibioticabehandeling. Aggregaten worden afgebeeld met behulp van CLSM in de loop van 18 h. (C) Na de eerste 18-h beeldvorming worden aggregaten behandeld met propidiumjodide om dode cellen te visualiseren en afgebeeld met CLSM (D) Aggregaten met het gewenste fenotype worden gescheiden van SCFM2 met behulp van FACS. Afkortingen: SCFM2 = synthetische cystic fibrosis sputum medium; Pa = Pseudomonas aeruginosa; CLSM = confocale laser scanning microscopie; FACS = fluorescentie-geactiveerde celsortering. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62420/62420fig01large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
Hier wordt het nut van SCFM2 aangetoond om de impact van antibioticabehandeling op Pa-aggregaten in realtime te bestuderen, gevolgd door het gebruik van een celsorteerbenadering om populaties van aggregaten met verschillende fenotypen te isoleren voor downstream-analyse (figuur 1).

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Amino acids</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alanine</td>
			<td>Acr<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62420/62420eq1v10.png" />s Organics</td>
			<td>56-41-7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Arginine HCl</td>
			<td>MP</td>
			<td>1119-34-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Asparagine</td>
			<td>Acr<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62420/62420eq1v10.png" />s Organics</td>
			<td>56-84-8</td>
			<td>Prepared in 0.5 M NaOH</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cystine HCl</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>L06328</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glutamic acid HCl</td>
			<td>Acr<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62420/62420eq1v10.png" />s Organics</td>
			<td>138-15-8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glycine</td>
			<td>Acr<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62420/62420eq1v10.png" />s Organics</td>
			<td>56-40-6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Histidine HCl H2O</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>A17627</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoleucine</td>
			<td>Acr<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62420/62420eq1v10.png" />s Organics</td>
			<td>73-32-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Leucine</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>A12311</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lysine HCl</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>J62099</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methionine</td>
			<td>Acr<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62420/62420eq1v10.png" />s Organics</td>
			<td>63-68-3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ornithine HCl</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>A12111</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phenylalanine</td>
			<td>Acr<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62420/62420eq1v10.png" />s Organics</td>
			<td>63-91-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Proline</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>A10199</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Serine</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>A11179</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Threonine</td>
			<td>Acr<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62420/62420eq1v10.png" />s Organics</td>
			<td>72-19-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tryptophan</td>
			<td>Acr<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62420/62420eq1v10.png" />s Organics</td>
			<td>73-22-3</td>
			<td>Prepared in 0.2 M NaOH</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tyrosine</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>A11141</td>
			<td>Prepared in 1.0 M NaOH</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Valine</td>
			<td>Acr<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62420/62420eq1v10.png" />s Organics</td>
			<td>72-18-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Antibiotic</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carbenicillin</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>J6194903</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Day-of Stocks</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CaCl2 * 2H2O</td>
			<td>Fisher Chemical</td>
			<td>C79-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dextrose (D-glucose)</td>
			<td>Fisher Chemical</td>
			<td>50-99-7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DOPC)</td>
			<td>Fisher (Avanti Polar Lipids)</td>
			<td>4235-95-4</td>
			<td>shake 15-20 min at 37 &#176;C to evaporate chloroform</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FeSO4 * 7H2O</td>
			<td>Acr<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62420/62420eq1v10.png" />s Organics</td>
			<td>7782-63-0</td>
			<td>this stock equals 1 mg/mL, MUST make fresh</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-lactic acid</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>L13242</td>
			<td>pH stock to 7 with NaOH</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MgCl2 * 6H2O</td>
			<td>Acr<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62420/62420eq1v10.png" />s Organics</td>
			<td>7791-18-6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N-acetylglucosamine</td>
			<td>&#160;TCI</td>
			<td>A0092</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Prepared solids</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Porcine mucin</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>M1778-100G</td>
			<td>UV-sterilize</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Salmon sperm DNA</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>15632-011</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stain</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Propidium iodide</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>J66764MC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Salts</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>K2SO4</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>A13975</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KCl</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>J64189</td>
			<td>add solid directly to buffered base</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KNO3</td>
			<td>Acr<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62420/62420eq1v10.png" />s Organics</td>
			<td>7757-79-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MOPS</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>A12914</td>
			<td>add solid directly to buffered base</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaCl</td>
			<td>Fisher Chemical</td>
			<td>S271-500</td>
			<td>add solid directly to buffered base</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Na2HPO4</td>
			<td>RPI</td>
			<td>S23100-500.0</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaH2PO4</td>
			<td>RPI</td>
			<td>S23120-500.0</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NH4Cl</td>
			<td>Acr<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62420/62420eq1v10.png" />s Organics</td>
			<td>12125-02-9</td>
			<td>add solid directly to buffered base</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Consumables</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Conical tubes (15 mL)</td>
			<td>Olympus plastics</td>
			<td>28-101</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Conical tubes (50 mL)</td>
			<td>Olympus plastics</td>
			<td>28-106</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Culture tubes w/air flow cap</td>
			<td>Olympus plastics</td>
			<td>21-129</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>35 mm four chamber glass-bottom dish</td>
			<td>CellVis</td>
			<td>NC0600518</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Luria Bertani (LB) broth</td>
			<td>Genessee Scientific</td>
			<td>11-118</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate-buffered saline (PBS)</td>
			<td>Fisher Bioreagents</td>
			<td>BP2944100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pipet tips (p200)</td>
			<td>Olympus plastics</td>
			<td>23-150RL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pipet tips (p1000)</td>
			<td>Olympus plastics</td>
			<td>23-165RL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Serological pipets (5 mL)</td>
			<td>Olympus plastics</td>
			<td>12-102</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Serological pipets (25 mL)</td>
			<td>Olympus plastics</td>
			<td>12-106</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Serological pipets (50 mL)</td>
			<td>Olympus plastics</td>
			<td>12-107</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrapure water (RNAse/DNAse free); nanopure water</td>
			<td>Genessee Scientific</td>
			<td>18-194</td>
			<td>Nanopure water used for preparation of solutions in Table 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringes (10&#160; mL)</td>
			<td>BD</td>
			<td>794412</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringes (50 mL)</td>
			<td>BD</td>
			<td>309653</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.22 mm PES syringe filter</td>
			<td>Olympus plastics</td>
			<td>25-244</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PS cuvette semi-mico</td>
			<td>Olympus plastics</td>
			<td>91-408</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Software</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biorender</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>To prepare the figures</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FacsDiva6.1.3</td>
			<td>Becton Dickinson, San Jose, CA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Imaris</td>
			<td>Bitplane</td>
			<td></td>
			<td>version 9.6</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zen Black</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Equipment</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FacsAriallu</td>
			<td>Becton Dickinson, San Jose, CA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LSM 880 confocal laser scanning microscope</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

tools for the real-time assessment of a pseudomonas aeruginosa infection model

Pseudomonas aeruginosa (Pa) is een van de meest voorkomende opportunistische pathogenen geassocieerd met cystische fibrose (CF). Zodra Pa-kolonisatie is vastgesteld, vormt een groot deel van de infecterende bacteriën biofilms in het sputum van de luchtwegen. Van pa-biofilms geïsoleerd uit CF-sputum is aangetoond dat ze groeien in kleine, dichte aggregaten van ~ 10-1.000 cellen die ruimtelijk georganiseerd zijn en klinisch relevante fenotypen vertonen, zoals antimicrobiële tolerantie. Een van de grootste uitdagingen bij het bestuderen van hoe Pa-aggregaten reageren op de veranderende sputumomgeving is het gebrek aan nutritioneel relevante en robuuste systemen die de vorming van aggregaten bevorderen. Met behulp van een synthetisch CF-sputummedium (SCFM2) kan de levensgeschiedenis van Pa-aggregaten worden waargenomen met behulp van confocale laserscanmicroscopie (CLSM) en beeldanalyse met de resolutie van een enkele cel. Dit in vitro systeem maakt de observatie van duizenden aggregaten van verschillende grootte in real time, drie dimensies en op micronschaal mogelijk. Op individueel en populatieniveau vergemakkelijkt het vermogen om aggregaten te groeperen op fenotype en positie de observatie van aggregaten in verschillende ontwikkelingsstadia en hun reactie op veranderingen in de micro-omgeving, zoals antibioticabehandeling, die met precisie moeten worden gedifferentieerd.

Dit werk beschrijft methoden om Pa-aggregaten te observeren met een hoge resolutie en in een omgeving die vergelijkbaar is met die van chronische infectie van de CF-long9,10,12. SCFM2 biedt een in vitro systeem dat de natuurlijke aggregatie van Pa-cellen bevordert in groottes die vergelijkbaar zijn met die waargenomen tijdens de werkelijke infectie10. Het aanpassingsvermogen va...

Watch this Scientific Journal Video about Tools for the Real-Time Assessment of a Pseudomonas aeruginosa Infection Model at JoVE.com

Tools for the Real-Time Assessment of a Pseudomonas aeruginosa Infection Model

Synthetisch cystic fibrosis sputum medium (SCFM2) kan worden gebruikt in combinatie met zowel confocale laserscanmicroscopie als fluorescentie-geactiveerde celsortering om bacteriële aggregaten met hoge resolutie te observeren. Dit artikel beschrijft methoden om geaggregeerde populaties te beoordelen tijdens antimicrobiële behandeling als een platform voor toekomstige studies.

Tools voor de real-time beoordeling van een Pseudomonas aeruginosa-infectiemodel

Pseudomonas aeruginosa (Pa) is one of the most common opportunistic pathogens associated with cystic fibrosis (CF). Once Pa colonization is established, a ...

Ons protocol biedt ons een manier om antibioticaresistente bacteriën te bestuderen in een voedings- en fysieke omgeving die vergelijkbaar is met hoe ze waarschijnlijk in vivo bestaan. Een van de grootste voordelen van deze techniek is de mogelijkheid om afbeeldingen met hoge resolutie en fenotypische gegevens van bacteriën in infectierelevante populatiegroottes vast te leggen. Dat zijn aggregaten van ongeveer 10 tot 1.000 cellen.Alexa Gannon, een afgestudeerde onderzoeksassistent uit mijn laboratorium, demonstreert de procedure. Steriliseer om te beginnen het mucinebevattende medium onder ultraviolet licht gedurende vier uur. Breng de UV-behandelde mucine onder steriele omstandigheden over in steriele buisjes van 1,7 milliliter en bewaar de buisjes bij min 20 graden Celsius.Voeg na het bereiden van de gebufferde base de stamoplossing van mucine toe aan de gebufferde base met DNA zoals beschreven in het tekstmanuscript. Ent op de avond voor het experiment vijf milliliter LB-bouillon met verschillende kolonies Pseudomonas aeruginosa PAO1 pMRP91 uit een antibioticum met LB-agarplaat en kweek de bacteriën 's nachts bij 37 graden Celsius met agitatie bij 250 omwentelingen per minuut. Schakel de volgende ochtend, ten minste twee uur voor aanvang van het experiment, de confocale laserscanmicroscoop in en opent u de incubatiemodule in de bijbehorende beeldvormingssoftware.Verdun 500 microliter van de cultuur in vijf milliliter verse LB-bouillon en incubeer de bacteriële suspensie bij 37 graden Celsius en 250 omwentelingen per minuut gedurende 60 tot 90 minuten. Wanneer de bacteriën de logfase zijn binnengegaan, pelleteert u de bacteriële cellen door centrifugering en wast u de cellen drie keer met filtergesteriliseerd PBS. Na de laatste wasbeurt, resuspend de pellet in een milliliter PBS.Meet de absorptie van de bacteriële celsuspensie op 600 nanometer om het cultuurvolume te bepalen dat nodig is voor een optische dichtheid van 0,05 in vijf milliliter synthetische cystische fibrose sputummedium twee. Ent het berekende volume bacteriële celsuspensie in het medium en vortex voorzichtig voordat u een milliliter cellen toevoegt aan elke kamer van een vierkamerige optische kweekschaal en incubeer de bacteriën vervolgens gedurende vier uur onder statische omstandigheden bij 37 graden Celsius. Om de Pseudomonas aeruginosa-aggregaten in beeld te brengen met een confocale laserscanmicroscoop, wijst u aan het einde van de incubatie drie putjes van de kweekplaat aan als antibioticabehandeling repliceert en één evenals de controle zonder behandeling en plaatst u de plaat op het verwarmde stadium in de microscoop.Selecteer een 63X olie-onderdompelingsdoel en open het tabblad Lokaliseren om de bacteriële aggregaten in het brightfield te identificeren. Definieer een gebied voor beeldvorming binnen elke put en gebruik de positiemodule om de positie van het gebied op te slaan. Stel de excitatiegolflengte in op 488 nanometer en de emissiegolflengte op 509 nanometer.Selecteer in de acquisitiemodule de optie Z-stack om de afbeeldingen te verkrijgen en gebruik de lijnmiddelingsmodule om de achtergrondfluorescentie in het GFP-kanaal binnen het totale volume van de Z-stack-afbeeldingen te verminderen. Stel de tijdreeksoptie in om 60 segmenten in elke put vast te leggen met intervallen van 15 minuten gedurende 18 uur en gebruik de definitieve focusstrategie om een brandpuntsvlak op te slaan voor elke positie die op elk tijdstip tijdens het experiment opnieuw wordt afgebeeld. 4-1/2 uur na het opzetten van het beeldvormingsexperiment, stel elke positie in beeld om de totale biomassa binnen elk van de vier putten te bepalen vóór de toevoeging van het antibioticum.Voeg na zes uur voorzichtig antibioticum toe op twee keer onder de minimale remmende concentratie aan het midden van elke put, blaas gewoon de luchtvloeistofinterface en klik op start experiment om de beeldvorming na de antibioticabehandeling te starten. Om de levende cellen te isoleren, labelt u aan het einde van de beeldvormingsperiode van 18 uur de bacteriën in elke put met het juiste volume propidiumjodide volgens de aanbevelingen van de fabrikant. Gebruik aan het einde van de incubatie een geïsoleerde container om de plaat over te brengen naar de flowcytometer en stel de cytometer in om GFP en propidiumjodide te detecteren met behulp van een mondstuk van 70 micron, en voer vervolgens één milliliter aliquots van elke cultuursupernatant uit op de laagste stroomsnelheid om de levensvatbare GFP-positieve en niet-levensvatbare propidiumjodide negatieve Pseudomonas aeruginosa-aggregaten te sorteren.Om de geaggregeerde dynamiek te kwantificeren, laadt u de afbeeldingen in een geschikt beeldanalysesoftwareprogramma en maakt u histogrammen van de tellingen die zijn geproduceerd voor de onbehandelde controle- en met antibiotica behandelde culturen in het GFP-kanaal om kwantificering van de achtergrondfluorescentie mogelijk te maken. Om ervoor te zorgen dat de gedetecteerde GFP-voxels correleren met de bacteriële biomassa, definieert u een GFP-positieve voxel als groter dan of gelijk aan 1,5 keer de GFP-achtergrondtellingswaarde. Produceer de ISO-oppervlakken voor alle resterende voxels en om afzonderlijke aggregaten te detecteren, schakelt u de optie gesplitste objecten in en definieert u de aggregaten als objecten.Gebruik de vantagemodule om het volume XYZ en de som van de GFP-voxels voor elk afzonderlijk object te berekenen. Exporteer deze gegevens naar een extern statistisch platform. Filter de geëxporteerde gegevens op grootte om objecten te definiëren met volumes groter dan of gelijk aan vijf kubieke micrometer.Verwijder objecten van minder dan 0,5 kubieke micrometer en gebruik de vantagemodule om de afstand van elk object tot andere objecten binnen elke afbeelding te berekenen. Als alternatief kan de afstand worden berekend met behulp van de formule en vervolgens de som en gemiddelde berekeningen gebruiken om de totale biomassa in het gemiddelde geaggregeerde volume te bepalen. Hoewel er na vier uur antibioticatoepassing meerdere levensvatbare bacteriële aggregaten overblijven, is de totale biomassa van de geaggregeerde populaties binnen de met antibiotica behandelde culturen aanzienlijk verminderd in vergelijking met die van onbehandelde culturen.Tijdreeksmicroscopie kan worden gebruikt om de ruimtelijke patronen te bepalen tussen gevoelige propidiumjodidepositieve en tolerante GFP-positieve aggregaten na antibioticabehandeling. Door te berekenen hoe aggregaten van verschillende grootte bijdragen aan de totale populatie, kunnen patronen worden geïdentificeerd van hoe aggregaten reageren op antibioticabehandeling in relatie tot hun grootte, vorm en positie. Na behandeling met antibiotica kunnen levensvatbare en niet-levensvatbare aggregaten met succes worden gescheiden op basis van hun fluorescerende signaalexpressie.We hopen dat dit protocol andere onderzoekers inspireert om hun organisme van keuze met een vergelijkbare resolutie te bestuderen. Ons doel is om gemeenschappelijke biologische draden te vinden in deze complexe gemeenschappen, ongeacht de infectieplaats.

Research

JoVE Journal

Immunology and Infection

Tools for the Real-Time Assessment of a Pseudomonas aeruginosa Infection Model

Co-culture Models of Pseudomonas aeruginosa Biofilms Grown on Live Human Airway Cells

Co-culture Models of Pseudomonas aeruginosa Biofilms Grown on Live Human Airway Cells

Co-cultuur modellen van Pseudomonas aeruginosa Biofilms Grown op Live menselijke luchtwegen cellen

Bacterial biofilms have been associated with a number of different human diseases, but biofilm development has generally been studied on non-living ...

Pseudomonas aeruginosa and Saccharomyces cerevisiae Biofilm in Flow Cells

Pseudomonas aeruginosa and Saccharomyces cerevisiae Biofilm in Flow Cells

Pseudomonas aeruginosa en Saccharomyces cerevisiae Biofilm in Flow cellen

Many microbial cells have the ability to form sessile microbial communities defined as biofilms that have altered physiological and pathological ...

RNA Isolation of Pseudomonas aeruginosa Colonizing the Murine Gastrointestinal Tract

RNA Isolation of Pseudomonas aeruginosa Colonizing the Murine Gastrointestinal Tract

Isolatie van RNA Pseudomonas aeruginosa Kolonisatie van de muizen Maagdarmkanaal

Pseudomonas aeruginosa (PA) infections result in significant morbidity and mortality in hosts with compromised immune systems, such as patients with ...

Use of Artificial Sputum Medium to Test Antibiotic Efficacy Against Pseudomonas aeruginosa in Conditions More Relevant to the Cystic Fibrosis Lung

Use of Artificial Sputum Medium to Test Antibiotic Efficacy Against Pseudomonas aeruginosa in Conditions More Relevant to the Cystic Fibrosis Lung

Het gebruik van kunstmatige Sputum Middelgrote tot antibiotica werkzaamheid te testen tegen<em&gt; Pseudomonas aeruginosa</em&gt; In Voorwaarden relevanter voor de Cystic Fibrosis Lung

There  is growing concern about the relevance of in vitro antimicrobial  susceptibility tests when applied to isolates of P. aeruginosa from  cystic ...

Long Term Chronic Pseudomonas aeruginosa Airway Infection in Mice

Long Term Chronic Pseudomonas aeruginosa Airway Infection in Mice

Long Term Chronische<em&gt; Pseudomonas aeruginosa</em&gt; Luchtweginfectie in Muizen

A mouse model of chronic airway infection is a key asset in cystic fibrosis (CF) research, although there are a number of concerns regarding the model ...

Pseudomonas aeruginosa Induced Lung Injury Model

Pseudomonas aeruginosa Induced Lung Injury Model

In order to study human acute lung injury and pneumonia, it is important to develop animal models to mimic various pathological features of this disease. ...

Studying Microbial Communities In Vivo: A Model of Host-mediated Interaction Between Candida Albicans and Pseudomonas Aeruginosa in the Airways

Studying Microbial Communities In Vivo: A Model of Host-mediated Interaction Between Candida Albicans and Pseudomonas Aeruginosa in the Airways

Bestuderen van microbiële gemeenschappen<em&gt; In Vivo</em&gt;: Een model van de Host-gemedieerde interactie tussen<em&gt; Candida albicans</em&gt; En<em&gt; Pseudomonas aeruginosa</em&gt; In het Airways

Studying host-pathogen interaction enables us to understand the underlying mechanisms of the pathogenicity during microbial infection. The prognosis of ...

Come to the Light Side: In Vivo Monitoring of Pseudomonas aeruginosa Biofilm Infections in Chronic Wounds in a Diabetic Hairless Murine Model

Come to the Light Side: In Vivo Monitoring of Pseudomonas aeruginosa Biofilm Infections in Chronic Wounds in a Diabetic Hairless Murine Model

Aan de kant van licht komen: In Vivo Monitoring van Pseudomonas aeruginosa Biofilm infecties in chronische wonden in een diabetische haarloze lymfkliertest Model

The presence of bacteria as structured biofilms in chronic wounds, especially in diabetic patients, is thought to prevent wound healing and resolution. ...

Replication of the Ordered, Nonredundant Library of Pseudomonas aeruginosa strain PA14 Transposon Insertion Mutants

Replication of the Ordered, Nonredundant Library of Pseudomonas aeruginosa strain PA14 Transposon Insertion Mutants

Replicatie van de besteld, Nonredundant bibliotheek van Pseudomonas aeruginosa stam PA14 Transposon insertiemutanten

Pseudomonas aeruginosa is a phenotypically and genotypically diverse and adaptable Gram-negative bacterium ubiquitous in human environments. P. aeruginosa ...

Methods for Detecting Cytotoxic Amyloids Following Infection of Pulmonary Endothelial Cells by Pseudomonas aeruginosa

Methods for Detecting Cytotoxic Amyloids Following Infection of Pulmonary Endothelial Cells by Pseudomonas aeruginosa

Methoden voor het opsporen van cytotoxische Amyloids volgende infectie van pulmonaire endotheliale cellen door Pseudomonas aeruginosa

Patients who survive pneumonia have elevated death rates in the months following hospital discharge. It has been hypothesized that infection of pulmonary ...