本文描述了正确的Vibrio cholerae保藏技术,以及一系列生化检测方法,这些方法共同用于在实验室环境中快速、可靠地区分临床和环境来源的V.cholerae生物型。
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本文描述了正确的Vibrio cholerae保藏技术,以及一系列生化检测方法,这些方法共同用于在实验室环境中快速、可靠地区分临床和环境来源的V.cholerae生物型。
水生革兰氏阴性菌Vibrio cholerae是感染性胃肠道疾病霍乱的致病因子。由于该疾病在全球范围内的普遍性和严重性,V. cholerae在环境和实验室条件下均得到了广泛研究,需要采用适当的保藏和培养技术。古典生物型和埃尔托生物型是构成V. cholerae O1血清群的两种主要生物型,各自表现出独特的基因型和表型特征,这些特征为生物型鉴定提供了可靠的依据,同时也需要不同的毒力诱导培养条件。无论特定感染或疫情暴发的致病菌株属于何种生物型,该疾病的标准化治疗均包括补液疗法并辅以抗生素治疗方案。然而,生物型分类在实验室研究中可能是必要的,并可能在生物医学领域产生更广泛的影响。在21世纪初,已鉴定出一些临床分离株,其同时表现出古典生物型和埃尔托生物型的基因型与表型特征。这些新发现的杂交株被称为埃尔托变异株,使得临床和环境分离株的生物型鉴定比以往传统的单一检测鉴定方法更为复杂。本文除描述V. cholerae的一般保藏与培养技术外,还介绍了一系列基于基因特异性(ctxB和tcpA)的PCR遗传筛查方法以及表型检测方法(多粘菌素B抗性、柠檬酸盐代谢、蛋白水解活性、溶血活性、运动性,以及通过Voges-Proskauer试验检测葡萄糖代谢),这些方法联合用于对古典生物型与埃尔托生物型进行特征分析和/或区分。综合而言,这些检测方法提供了一种高效系统的策略,可作为替代方法或补充手段,用于替代成本高昂且劳动密集型的实验,以完成对V. cholerae临床(及环境)分离株的鉴定。
霍乱是一种由摄入被水生革兰氏阴性菌Vibrio cholerae污染的食物或水引起的远端小肠疾病。 霍乱的症状包括呕吐和无法控制的水样腹泻,导致严重脱水,若未得到适当治疗,将导致死亡。V. cholerae可根据细胞表面脂多糖O抗原的结构分为200多个血清群。然而,只有两个血清群(O1和O139)显示出流行或大流行的潜力1,2。此外,O139血清群主要分离自东南亚地区3,4,而O1血清群则在全球范围内分布。此外,O1血清群可进一步分为两个主要生物型:古典生物型和埃尔托生物型。古典生物型导致了1817年至1923年间的前六次霍乱大流行。当前的第七次大流行由埃尔托生物型引起,该生物型已在环境中全球性地取代了古典生物型5,6,7。近年来,出现了一些兼具古典和埃尔托生物型特征的菌株8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,这些菌株被称为埃尔托变异株13,17。一些埃尔托变异株表现出增强的毒力,疾病进展更为迅速且严重,较以往观察到的情况更为突出,这凸显了对病原体识别以及疾病预防和治疗采取更全面方法的必要性8,9,18。尽管生物型鉴定并不直接决定治疗方案,但在疫苗开发和未来治疗药物方面的进一步进展可能受益于对生物型的区分。
此处列出的第一系列实验方案将使研究人员能够在实验室环境中正确地保藏V. cholerae菌株。为确保实验的一致性和后续分析,需要制备菌种保存液并培养分离株,该过程不依赖于生物型。然而,为了最佳地诱导毒力基因的表达,需采用针对不同生物型的独立培养技术19。此外,本文还概述了进行多种遗传学和生物化学检测的准备工作。
霍乱毒素(CT)和毒素共调节菌毛(TCP)是两种主要的毒力因子,在两种生物型中均由主调控因子 ToxT 控制 V. 霍乱弧菌 O1 群20. CT 是一种由五个 CtxB 组成的双组分毒素 围绕单个 CtxA 亚基的亚基,负责霍乱相关的快速电解质流失。TCP 是由 tcp 操纵子tcpABQCRDSTEF,并参与小肠远端的附着和定植。 tcpA 是第一个基因 tcp 编码构成菌毛所必需的单个菌毛蛋白亚基的操纵子8基因序列用于 ctxA 在古典生物型和埃尔托生物型之间完全保守,而 ctxB 和 tcpA 在两种生物型之间存在差异,但在各生物型内部保持保守8. ctxB 在两种生物型之间完全保守,仅在第115和203位碱基位置存在差异。在埃尔托生物型中,第115和203位碱基为胸腺嘧啶,而古典生物型在这两个位置上为胞嘧啶。 tcpA 在每种生物型内部完全保守,但在不同生物型之间存在多个碱基差异。这些遗传差异可作为生物型鉴定的主要标志,通过对包含这些位点的聚合酶链式反应(PCR)扩增产物进行测序后,可将待测菌株的序列与野生型(WT)古典生物型O395或野生型El Tor N16961进行比对,从而分别确定其霍乱毒素(CT)和毒素协同调节菌毛(TCP)的生物型背景 V. cholerae 分离株
已开发出多种方案用于鉴定古典生物型与埃尔托生物型之间的表型差异21,22,23多粘菌素B是一种多肽类抗生素,可破坏革兰氏阴性菌外细胞膜的完整性,其抗性可通过多粘菌素B抗性实验进行观察。21柠檬酸是三羧酸循环的主要底物,可通过柠檬酸代谢试验测定其作为唯一碳源的代谢能力。22. hapR 编码一种全局调控因子和群体感应的主要调控因子 霍乱弧菌, HapR,可结合多种启动子区域并调控基因和操纵子的表达24. 某些致病性菌株 V. cholerae 存在一个天然发生的移码突变 hapR 导致这种密度依赖性毒力基因表达调控功能丧失的基因24,25. 利用脱脂牛奶琼脂培养基检测HapR调控的蛋白酶活性,可帮助研究人员判断某一特定分离株是否含有功能性的HapR23溶血试验用于检测菌株分泌可裂解红细胞的溶血酶的能力;溶血程度可在血琼脂平板上直观观察。23运动性通常与毒力相关 霍乱弧菌 可使用运动性琼脂平板进行分析23Voges-Proskauer 试验用于检测菌株利用葡萄糖作为唯一碳源进行发酵并产生副产物乙酰甲基甲醇的能力21随着埃尔托变体的出现,在未进行广泛基因型筛查的情况下,难以预测任何特定表型实验的结果,也无法推断其生物型背景 霍乱弧菌. 霍乱弧菌 分离株时,建议进行这一系列检测的组合23 并与参考菌株的结果进行比较,如 表 2.
本文改进了一系列实验方案,综合运用上述基因型和表型检测方法,以更全面地对V. cholerae 生物型进行鉴定。此外,我们还描述了已知的V. cholerae埃尔托变异株(MQ1795和BAA-2163)与常用生物型参考菌株(经典型O395野生型、埃尔托C6706野生型和埃尔托N16961野生型;表1)在基因型和表型上的差异。埃尔托变异株的出现使得以往依赖单一检测方法进行生物型鉴定的可靠性受到挑战;然而,这一多方法联合鉴定体系将有助于更可靠地鉴定临床及环境来源的V. cholerae 分离株。
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注意:由于不同培养基的制备所需时间各异,每项实验的时间安排需分别考虑。例如,固体琼脂平板培养基应充分冷却并干燥(1–2天)。其他时间相关因素(即 单菌落和过夜培养生长)在每个方案下均有具体说明,并见于 表 2.
1. 培养基的制备
2. V. cholerae 菌株的维持与培养
3. 表征V. cholerae 生物型
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为了正确保藏和使用任何细菌菌株,建议了解目标菌株的倍增时间。本文通过生长曲线展示了常用V. cholerae菌株的不同生长速率,并利用线性回归计算了其近似倍增时间。野生型El Tor N16961和El Tor变异株MQ1795的倍增时间较短(分别约为1 h和1 h),短于野生型古典生物型O395(约2 h)(图1;表2)。
V. cholerae 基因操作及后续分析通常依赖于准确区分生物型的能力。基于PCR的遗传筛选与表型检测被共同应用于可靠地区分生物型背景。 V. cholerae 临床和环境分离株;为便于代表性展示,纳入了生物型参考菌株(WT 古典型 O395、WT 埃尔托型 C6706 和 WT 埃尔托型 N16961)以及代表性埃尔托变异株(MQ1795 和 B...
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在已鉴定的 200 多个 V. cholerae 血清群中,仅有 O1 和 O139 具有流行潜力。O1 血清群可分为两种生物型:古典生物型和埃尔托生物型。然而,近年来出现了一类被称为埃尔托变异株的杂交菌株13,17,其背景为埃尔托生物型,但携带古典生物型的特征8,9,10,11,12,13,14,15,
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作者无任何利益冲突需要披露。
本研究由美国国立卫生研究院普通医学科学研究所通过机构发展奖(IDeA)项目New Hampshire-INBRE提供资助,项目编号P20GM103506。
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