The Journal of Visualized Experiments (JoVE) is a peer reviewed, PubMed-indexed video journal. Our mission is to increase the productivity of scientific research.
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1Department of Microbiology and Immunology, University of Melbourne, 2Laboratory of Pediatric Infectious Diseases, Radboud University Nijmegen Medical Centre, 3The Centre for Dynamic Imaging, The Walter and Eliza Hall Institute for Medical Research
Short, K. R., Diavatopoulos, D. A., Reading, P. C., Brown, L. E., Rogers, K. L., Strugnell, R. A., et al. Using Bioluminescent Imaging to Investigate Synergism Between Streptococcus pneumoniae and Influenza A Virus in Infant Mice. J. Vis. Exp. (50), e2357, doi:10.3791/2357 (2011).
Durante a pandemia de influenza vírus de 1918, que matou aproximadamente 50 milhões de pessoas em todo o mundo, a maioria das mortes não foram o resultado de infecção com o vírus da gripe sozinho. Em vez disso, a maioria dos indivíduos são pensados para ter sucumbido a uma infecção bacteriana secundária, predominantemente causada pela bactéria Streptococcus pneumoniae (pneumococo a). A relação sinérgica entre as infecções causadas pelo vírus influenza e pneumococo foi posteriormente observado durante a pandemia de vírus influenza asiática de 1957, bem como durante os surtos sazonais do vírus (revisto em 1, 2). Aqui, nós descrevemos um protocolo usado para investigar o mecanismo (s) que podem estar envolvidos no aumento da morbidade, como resultado da gripe A concorrente vírus e S. infecção pneumoniae. Nós desenvolvemos um modelo murino infantil de forma confiável e reprodutível demonstrar os efeitos da infecção pelo vírus influenza de ratos colonizados com S. pneumoniae. Usando este protocolo, temos desde o primeiro discernimento da cinética de transmissão pneumocócica entre co-alojados, ratos neonatal usando in vivo de imagens 3.
1. Preparação de stock Infecciosas da Bioluminescent S. pneumoniae
2. Crescimento e preparação de vírus influenza A de ações
3. Infecção intranasal de camundongos com bioluminescent S. pneumoniae e / ou vírus influenza A
4. Bioluminescentes imagem usando o espectro IVIS (Caliper Life Sciences)
5. Processamento de tecidos para determinar a carga bacteriana e titulação do vírus
6. Ensaio de placa para determinar influenza A título de vírus em tecidos homogeneizados
7. Seção C - Segredos para o sucesso:
1 Todos os trabalhos experimentais com S. pneumoniae (por exemplo, a inoculação de culturas líquidas, o processamento de tecidos de camundongos infectados com S. pneumoniae) é realizada em uma classe II de Biossegurança Gabinete.
1,1 Criamos bioluminescentes S. pneumoniae através da introdução de cepas plasmídeo pPJTG28 3. No entanto, uma grande variedade de diferentes bioluminescentes S. cepas pneumoniae estão disponíveis 4-6. Bioluminescentes S. cepas pneumoniae também pode ser comprado de Caliper Life Sciences Inc (MA, EUA).
1,1 cinética de crescimento de S. vários cepas pneumoniae pode ser diferente e deve ser determinado para cada cepa. Pode demorar entre 3 a 4 horas para chegar OD600nm = 0,4-0,45.
1,4 Nós esperaria normalmente os estoques infecciosas para atingir a concentração de 10e8 UFC / ml e recomendar uma série de diluições de 10e-10e-4 a 8 para determinar a concentração de bactérias viáveis.
O título de 2,6 apropriado usar para inoculação dos ovos, depende da cepa do vírus usado e pode variar entre 10e-10e-3 para 5. Influenza A cepas de vírus obtidos a partir de sobrenadantes de cultura de tecidos pode às vezes ser utilizado puro.
3.2a Nós usam rotineiramente 2000 UFC de S. pneumoniae cepa EF3030 para colonizar cinco dias ratos velhos 3. A dose infecciosa precisa do inóculo é determinada a posteriori para cada experimento por plaqueamento diluições do inóculo em placas de ágar sangue de cavalo. A capacidade do S. pneumoniae cepa para colonizar ratos é o primeiro determinado por contagem viável de homogeneizados de tecido (por exemplo, nasofaringe, pulmões) em vários intervalos de tempo após a inoculação dos camundongos.
3.2b Não é necessário usar anaestetics para administrar as bactérias ou vírus aos animais por via inalatória. Camundongos infantil (assim como camundongos adultos) deve ser restringida à mão e em posição vertical pelo investigador, o inóculo (3 microlitro de camundongos lactentes, até 10 microlitros de camundongos adultos) é, então, caiu sobre as narinas e inalação todos os inóculo é confirmada pela observação.
3.2c Remover ratos neonatal, um por um do ninho e inocular com bactérias ou vírus, conforme necessário. Marca a cauda do animal usando um marcador permanente se o animal necessária e voltar para gaiola imediatamente. Esfregue o animal com algum material de cama para que a barragem vai aceitar os filhotes de volta para o ninho. Nota: marcador permanente fricciona fora os animais de forma rápida e precisa ser re-aplicado diariamente. Alternativamente, um sistema de tatuagem pode ser usado para identificar animais individuais.
3,3 Usamos 20 PFU vírus influenza A Udorn/307/72 (H3N2) para infectar ratos 8-14 dias de idade 3. Mortalidade e morbidade observada nos animais depende da cepa de S. pneumoniae e vírus influenza A usados. A Tabela 3 fornece um conjunto útil de pontos finais e critérios de intervenção humana para uso em camundongos com idade inferior a 21 dias de idade. Nós normalmente não detectar qualquer mortalidade ou morbidade quando se utiliza S. EF3030 pneumoniae e vírus influenza A cepa Udorn/307/72 (H3N2), quando os ratos são> 10 dias.
4.2 Para ser exato, os camundongos podem ser pesados antes da injeção da solução anestésica. Como um guia, a cerca de 50-75 microlitros de solução de anestésico é usado para 20 dias ratos velhos. O mouse é totalmente anestesiado quando não está respondendo a um beliscão na cauda ou dos membros posteriores. Enquanto no IVIS, os ratos também serão expostos a isoflurano que vai acrescentar a anestesia. O momento da imagem após a infecção dos camundongos depende da cepa (s) de S. pneumoniae e vírus influenza A utilizada, bem como sobre os sintomas de interesse. Executando uma experimentos-piloto poucos para otimizar o tempo de bioluminescent imagem pode ser necessária.
4,3 Ratos podem ser colocados em uma caixa de isolamento (que impede a entrada de contaminantes ou sair da caixa) ou, alternativamente, pode ser colocado diretamente no instrumento para geração de imagens. Nós usamos a caixa de isolamento para experimentos com camundongos lactentes, a fim de garantir os ratos permanecem anestesiados durante o procedimento de imagem e para evitar a contaminação do IVIS com S. pneumoniae e / ou vírus influenza A.
4.3 Utilização de uma imagem ventral dos ratos para obter uma imagem do trato respiratório. Uma imagem lateral do mouse proporciona uma imagem mais sensível das orelhas.
4.4 Quando ratos são colocados diretamente dentro da câmara, o isoflurano é entregue aos ratos através de cones de ogiva. Para experimentos em que ratos infantis são usados, a caixa de isolamento é o preferido desde os cones do nariz não se encaixam em camundongos lactentes.
4,5 Tele tempo total de exposição necessário para capturar uma imagem pode variar entre experiências de acordo com a força do sinal bioluminescente, a localização do sinal de tensão, bacteriana e da estirpe do mouse usado. Quanto a este último, tanto do pigmento da pele e pode significativamente atenuar o sinal total detectável. A câmera na Spectrum IVIS é um back-diluído, de volta iluminado CCD oferecendo uma ampla gama dinâmica (65536 níveis de cinza). Idealmente, o tempo de exposição deve ser ajustado para capturar entre 60 e 60.000 pontos. Em nossa experiência com camundongos C57BL / 6, aumentando o tempo de imagem além de 7 minutos não melhorar sensivelmente a relação sinal-ruído. Opções alternativas para aumentar o sinal bioluminescente incluem o aumento do grau de binning (ou seja, a grande) e usando um pequeno campo de visão. Importante, quantificação não deve ser realizada em áreas dentro da imagem que contenha pixels saturados, uma vez que oferece um valor subestimado para o número de fótons detectados. Se estiver em dúvida quanto às condições ideais, o recurso de auto-exposição pode ser usado como uma diretriz.
4.5 Se um sinal forte bioluminescentes em uma parte do rato está a obstruir a detecção de bioluminescência em uma região próxima, as regiões selecionadas do mouse pode ser coberto com papel preto e imagem pode continuar como normal
4.7 Se o sinal luminoso é quantificado em fótons (em oposição a contagens) variações nas condições de imagem (imagem tempo, por exemplo) entre os experimentos não afetarão a medição do sinal bioluminescente.
4,8 Se estiver usando o fluxo total para medir os fótons em uma região determinada, garantir que a mesma "região de interesse" forma é usado para todas as amostras.
Ratos 5.1a pode ser sacrificado em nenhum momento após a infecção com o vírus influenza A, dependendo do interesse do pesquisador. Nós normalmente determinam título bacterianas e virais em 6 dias após a infecção com o vírus influenza A Udorn/307/72 (H3N2) e não observar qualquer mortalidade / morbidade. No entanto, a morbidade ea mortalidade observada nesses experimentos vai variar dependendo do S.pneumoniae e influenza A cepa do vírus utilizado eo momento chosed devem ter taxas de mortalidade e morbidade em conta para minimizar o impacto no bem-estar animal. A Tabela 3 fornece um guia útil para critérios de intervenção humana e terminais para uso nesses experimentos. Geralmente, os ratos são sacrificados e os tecidos processados, conforme descrito dentro de 3 horas após in vivo bioluminescente de imagem.
5.1b Ratos com idade inferior a 10 dias de idade são resistentes à hipóxia e são sacrificados por decapitação. Na configuração descrita experimental, os ratos são pelo menos 14 dias de idade e podem ser sacrificados por asfixia CO 2.
5,7 agar-sangue placas podem ser complementados com 5μg/ml gentamicina para impedir o crescimento de bactérias comensais em homogeneizados de tecidos nasal. A gama de diluições utilizadas dependerá da S. pneumoniae cepa utilizada. Para experimentos em camundongos 20 dias de idade com S. pneumoniae cepa EF3030, usamos puro, 10e-1, 10e-10e-2 e 3.
5,8 Loja cada amostra de tecido homogeneizado em pelo menos duas alíquotas, de modo que uma amostra de backup está disponível, caso o ensaio de placa vírus não! Um título precisa viral só pode ser obtido a partir de uma amostra, uma vez descongelado após o congelamento, mas não a partir de amostras repetidamente freeze-descongelado.
6.1 Quando cresceu confluentes 9-10%, um único frasco de 150 centímetros 2 de cultura de tecido vai produzir células MDCK suficiente para cinco 6-lamelas.
O ideal 6,5 diluição de série vai depender do tipo de vírus utilizado eo tempo após a infecção. Normalmente, nós usaríamos puro, 10e-10e-1 e 2 diluições para órgão homogeneizados tomadas seis dias após a infecção com vírus da gripe A.
6,6 O uso de diluições em série de ações é um vírus adequada para controlo positivo para o uso em cada ensaio de placa. Como controle negativo, RPMI + pode ser usado.
8. Resultados representativos:

Figura 1. Esquema do ovo de galinha embrionados.

Figura 2. BLI de S. pneumoniae do mouse infectados no dia 3 e dia 4 após a infecção simulada com vírus da gripe.

Figura 3. BLI de S. pneumoniae e vírus influenza do mouse co-infectados no dia 3 e dia 4 após a infecção com o vírus influenza.

Figura 4. Carga bacteriana no nariz de um único e uma co-infecçãoted mouse.

Figura 5. Títulos virais no nariz e no pulmão de um rato co-infectados.
| Mídia | Conteúdo |
| 1,8% (w / v) Agarose | Adicionar 0,9 grama de agarose a 50 mL H 2 O destilada, esterilizar em autoclave a 121 ° C por 10 min. Transferência para 56 ° C banho para esfriar. |
| Médio dupla força Leibovitz L15 (ds L15) | Uma bolsa de L15 pó (para compensar 1E) é dissolvido em 450 mL destilada estéril H 2 O e agitado até dissolver. O pH é ajustado para pH 6,8 com 1M HCl. Em seguida, completar com 4mL de 7% (w / v) NaHCO3, 0,4 ml HEPES (pH, 0,5 M 6,8), 200 U / ml de penicilina, estreptomicina 200 mg / ml, 60 mg / ml de gentamicina. Ajustar o volume final de 500mL e filtro de esterilizar. |
| Agar Sangue cavalo (HBA) | 4% HBA (Oxoid, Basingstoke, UK), dH 2 O, 7% (v / v) de sangue do cavalo |
| RF10 | RPMI-1640 contendo 2mM de glutamina, piruvato de sódio 2nm, 24 mcg / ml de gentamicina, 100 U / ml de penicilina, estreptomicina 100 mg / ml, 10% (v / v), inativado pelo calor soro fetal bovino. |
| RPMI + | RPMI-1640 contendo 2mM de glutamina, piruvato de sódio 2nm, 24 mcg / ml de gentamicina, 100 U / ml de penicilina, estreptomicina 100 mg / ml |
| Todd-Hewitt Caldo + extrato de levedura 0,5% | Todd Hewitt Broth (Oxoid, Basingstoke, UK) em dH 2 O suplementado com 2% (w / v) de extrato de levedura |
Tabela 1. Mídia específicas utilizadas no presente protocolo.
| Nome do material | Tipo | Companhia | Número Catálogo | Comentário |
| Meio RPMI 1640 | Reagente | Gibco | 21870-076 | |
| Tripsina | Reagente | Worthington Corporação Bioquímica | LS003740 | TPCK tratados |
| Meio Leibovitz L-15 | Reagente | Gibco | 41300-039 | |
| Agarose, tipo I | Reagente | Sigma-Aldrich | A6013 | Use baixa temperatura de fusão agarose, como SeaPlaque agarose |
| Madin-Darby Canine Kidney células | Reagente | ATCC | CCL-34 |
Tabela 2 reagentes específicos e equipamentos.:
| Efeito sobre o bem-estar animal | ||
| Leve a moderada sinais um | B sinais severos | |
| Não-específica sinal (s): | ||
| Aparência | Leve a moderada piloereção sem desidratação (tenting pele) | Piloereção, com desidratação (tenting pele) |
| Condição corporal | ganho de peso reduzido | Nenhum ganho de peso ou redução do peso |
| Comportamento | Subjugado, mas responsável, diminuição da interação com os pares. | Responder à atividade e provocações. Isolado de outros littermates |
| Condições específicas ou sinal clínico anormal (s): | ||
| Ausência de mancha de leite (<2-3 dias de idade) | Tentar incentivar amamentação se isso tem sido observado para <24h. | Se nenhuma evidência de leite local, mesmo com encorajamento após 24-48h, ou se, obviamente, não tem amamentado, considere a eutanásia. |
| Outros sinais | Procuram animais Facility Manager / Laboratory Animal re conselho veterinário: ação apropriada ou eutanásia se o animal está com dor moderada ou severa ou sofrimento | |
Tabela 3. Critérios de intervenção para camundongos lactentes (<21 dias de idade):
um Quando um ou mais "leve a moderada 'sinais são observados aumento da freqüência de observações de duas vezes por dia e procurar aconselhamento de oficial de bem-estar animal sempre que necessário para que o tratamento e os cuidados podem ser dadas.
b Quando um ou mais "severo" sinais são observados, eutanásia os ratos usandométodo apropriado. Ratos <10 dias de idade são sacrificados por decapitação, camundongos> 10 dias são sacrificados por asfixia CO 2.
In vivo de imagens com a máquina IVIS é uma metodologia exclusiva que permite a visualização em tempo real da patogênese microbiana 4, 6-9. Aqui, mostramos a aplicação desta tecnologia para a compreensão do sinergismo entre S. pneumoniae e vírus influenza em camundongos lactentes. Devido à natureza não-invasiva desta técnica, temos sido capazes de monitorar a progressão da infecção em cada rato individuais ao longo do tempo. Isto permitiu-nos para documentar a cinética de transmissão pneumocócica entre camundongos co-infantil alojados 3. A natureza não-invasiva desta técnica permite aos pesquisadores usar menos animais por experimento e, portanto, reduzir o uso de animais. Também é possível usar a máquina IVIS para visualizar a disseminação da infecção para locais previamente desconhecida de infecção no organismo, bem como sites que não são facilmente amostradas por dissecção (como o ouvido médio).
Antes de se iniciar os experimentos de imagem, que confirmaram que os níveis de colonização da cepa EF3030 bioluminescentes foram comparáveis aos níveis de colonização da estirpe EF3030 enumerando Contagem em homogeneizados de tecido. Além disso, confirmou que a primeira infecção pelo vírus da influenza resultaram em aumento da carga de bioluminescent EF3030 na nasofaringe de animais colonizados como ficou demonstrado com a estirpe EF3030 (resultados não mostrados).
Embora a tecnologia IVIS é fácil de operar e gera reprodutível e fácil de entender os dados, os experimentos devem ser cuidadosamente projetado de modo que a sensibilidade ea utilidade da tecnologia é maximizado. Por exemplo, a sensibilidade da câmera IVIS é afetada pela profundidade e opacidade do tecido 8, que em nossa experiência, aumenta o limite de detecção de sinais bioluminescentes originário dos pulmões. Além disso, pêlo escuro e pele pigmentada reduz a transmissão de luz em até 10 vezes (em comparação com camundongos sem pêlo) 8. Durante o desenvolvimento deste método, temos este protocolo otimizado para uso com 5-14 dias de idade C57BL / 6 e camundongos têm demonstrado que desde IVIS pode ser usado para detectar a colonização de 20 dias de idade C57BL / 6 ratos com bioluminescent S. pneumoniae EF3030. No entanto, a detecção do sinal pode ser aumentada quando estes experimentos são realizados em camundongos nus ou BALB / c. No entanto, a câmera IVIS representa uma nova abordagem para monitorar, caracterizar e, finalmente, compreender o desenvolvimento in vivo da doença pneumocócica seguintes influenza A infecção pelo vírus.
A produção deste vídeo-artigo foi patrocinado pela Caliper Life Sciences.
Os autores gostariam de agradecer a assessoria técnica de David Briles (Universidade do Alabama em Birmingham, AL, EUA). Gostaríamos de agradecer a Yvette Chen, o Diretor de Bem-Estar Animal da Universidade de Melbourne, e David Taylor, o Gerente de Biotério, para sugestões e discussões sobre bem-estar animal e ética eo desenvolvimento de critérios de intervenção e pontos finais humano para as experiências descritas neste manuscrito.
Odilia Wijburg e Patrick Leitura são apoiadas por uma RD NHMRC Wright Fellowship, Kirsty curto é suportado por uma Pós-Graduação Apoio GSK e conceder uma bolsa de estudos Puzey.