在这里, 我们描述了一个协议, 它是一个适应性强, 全宿主, 高内容筛选工具, 可用于研究宿主病原体相互作用, 并用于药物发现。
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在这里, 我们描述了一个协议, 它是一个适应性强, 全宿主, 高内容筛选工具, 可用于研究宿主病原体相互作用, 并用于药物发现。
传统的、体外筛查到的新药数量已经减退, 这就减少了这种方法在寻找新武器以对抗多种耐药性方面的成功。这就得出结论, 研究人员不仅需要找到新药, 还需要开发新的方法来找到它们。其中最有希望的候选方法是全有机体,在体内的检测, 使用高通量, 表型读数和寄主, 范围从秀丽线虫到斑马斑马。这些主机有几个强大的优势, 包括显着减少假阳性命中, 因为有毒的化合物, 对主机和/或 biounavailable 通常下降在最初的屏幕上, 在昂贵的后续行动之前。
在这里, 我们展示了我们的检测如何被用来审问寄主变异的良好记录的C. 线虫-铜绿假单胞菌液体杀死 pathosystem。我们还演示了这种精心编制的技术的几个扩展。例如, 我们能够使用24或96井板格式的 rna 干扰来进行高通量的基因筛, 以查询宿主-病原体相互作用中的宿主因素。使用这项化验, 整个基因组屏幕只能在几个月内完成, 这可以大大简化确定药物目标的任务, 可能不需要费力的生化纯化方法。
我们还报告了我们的方法的变化, 取代革兰氏阳性菌肠球菌的革兰氏阴性病原菌P.与铜绿假单胞菌的情况一样, 由大肠杆菌杀死是有时间依赖性的。与以前的 C.粪肠球菌化验不同, 我们对粪肠球菌的化验不需要 preinfection, 改善其安全状况, 减少污染液体处理设备的几率。该检测具有高度健壮性, 显示95% 死亡率 96 h 后感染。
在近一个世纪以前, 确定和发展有效的广谱抗生素导致了公共卫生的一个分水岭时刻, 人们普遍认为, 传染病将是过去的祸害。在短短的几十年里, 这种乐观情绪开始消退, 因为病原体形成的抗病机制限制了这些曾经神奇的治疗。一段时间内, 药物发现努力与病原体之间的军备竞赛似乎是平衡的。然而, 滥用抗菌药物最近终于出现了耐药菌株的肺炎克雷伯杆菌, 不动杆菌鲍曼,沙雷质, 和铜绿假单胞菌1, 2,3,4。
铜绿假单胞菌是一种机会主义, 革兰阴性, 多宿主病原体, 严重威胁严重烧伤患者, 那些谁是免疫力低下, 或有囊性纤维化。它也日益被认定为严重医院感染的致病剂, 特别是由于其持续的耐药性的获得。为了应对这一威胁, 我们使用了记录良好的C.铜绿假单胞菌感染系统5。我们的实验室利用这个系统开发了一种基于液体的高通量高含量的筛选平台, 以确定新的化合物, 限制病原体杀死宿主6的能力。有趣的是, 这些化合物似乎属于至少三个一般类别, 包括抗菌素7和毒力抑制剂8。 tuberculosum 分枝杆菌、沙眼衣原体、鼠疫耶尔森菌、李斯特氏细胞增生、土拉弗 tularensis、金黄色葡萄球菌、白念珠病及粪肠球菌, 除其他9,10,11,12,13,14,15,16。这些类型的化验有几个公认的优势, 如限制假阳性命中可能对宿主和病原体, 增加生物有效性的可能性相比, 化学屏幕, 并有能力识别命中超出简单地限制微生物的生长, 例如抗 virulents, 免疫刺激分子, 或其他使宿主-病原体相互作用的平衡倾斜的化合物, 有利于前者。此外, 在这些屏幕上发现的化合物通常在哺乳动物宿主中有效。
值得注意的是, 至少有另外两种化验17,18可以在液体中的C. 线虫中进行高通量屏幕。然而, 每一个这些化验是一个修改, 允许原型肠道殖民化试验, 称为慢杀, 以液体进行, 增加的吞吐量, 并允许化合物更容易筛选。仔细的描述表明, 细菌毒力的机制是不同的, 这些化验和我们的液基筛7。由于两种类型的毒力都观察到哺乳动物系统, 重要的是要考虑哪些毒力决定因素是最相关的实验者的利益之前的化验选择。
在这里, 我们演示了一个优化版本的液态C 线虫-铜绿假单胞菌。我们还报告了我们的液基检测方法的适应性, 以适应革兰氏阳性菌粪肠球菌.与铜绿假单胞菌一样,粪肠球菌越来越多地被认定为严重的医院威胁, 并不断增加的武器耐药性途径1。尽管以前的高通量筛选方法存在14, 但它需要 preinfection 病原体, 这就使程序复杂化, 增加了诸如 COPAS FlowSort 等污染设备的可能性。我们的协议消除了感染前的需要, 改善了安全配置。最后, 我们报告一种方法, 其中任一检测可以结合喂养 rna 干扰, 允许用户搜索的宿主因素, 发挥作用, 建立或抵抗, 感染。
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注意:铜绿假单胞菌和粪肠是生物安全2级病原体, 必须采取适当的安全措施预防意外感染, 并尽量减少表面污染。与病原体接触的所有介质和材料都必须消毒和/或丢弃。在《微生物和生物医学实验室》 (BMBL) 第五版中, 可提供进一步的指导方针。
1. 铜绿假单胞菌的制备与维护
2. rna 干扰细菌的制备
3.线虫的维护和制备
注: 在开始实验前, 生成妊娠、成年雌雄同体蠕虫的同步种群, 如下所示。
4. 液体杀灭试验装置 (基本协议)
注意: 这是一个细菌菌株和一个蠕虫来源的协议。
5. 适应筛查多种C 线虫菌株或 Knockdowns (rna 屏蔽设置)
注意: 这是一个为24井板安装而描述的 rna 干扰屏幕。
6. 对粪肠的适应
注: 仅描述与铜绿假单胞菌的差异。
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测定性能的重要参数
正确理解这项化验的生物学基础是解决问题和优化化验的必要。为此, 我们首先提到几项关键文件, 阐明了在液体7,20中, 铜绿假单胞杆菌介导的杀死的发病机制。前提是遵循上述步骤 (见图1所示的检测协议示意图) 只有在病原体存在的情况下, 才会观察到与时间相关的C. 线虫的杀戮 (图 2A)。相比之下, 在缺乏关键的营养补充剂 (例如,如果蛋白胨是留出的媒体, 只有 S 基础上添加), 很少对没有杀害将被观察 (图 2B)。有趣的是, 两步孵化的铜绿假单胞菌...
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这种化验 (或类似的化验, 其他病原体被替代的铜绿假单胞菌或大肠杆菌) 是有用的各种目的, 包括药物发现。它还有助于解决基本的生物学问题, 如确定毒力因素, 阐明宿主防御通路, 并确定参与宿主-病原体相互作用的调控机制。
虽然铜绿假单胞菌液体杀灭试验具有较强的鲁棒性, 但有几点需要认真注意, 以尽量减少失败的几率。首先, 如前所述, 对铜绿假单胞杆菌的细菌源板必须保持新鲜, 以免细菌丧失毒性, 尽管隔夜生长在磅。第二, 确保钙和镁加入到铜绿假单胞杆菌的实验中是关键。没有它, 毒力将会受到严重损害。最后, 值得注意的是, 在 HT115 上饲养的蠕虫 (用于基于 rna 检测的化验) 会比 OP50 上饲养的蠕虫 (n Kirienko, 个人通讯) 的死亡显著晚。由于这个原因, 如果切换到基于 rna 干扰的研究, 这是很重要的经验, 以确定最佳的时间点的化验。
对于用铜绿假单胞菌或粪肠杀灭化验, 关键...
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提交人宣布, 他们没有任何利益冲突可供披露。
这项研究得到了德州癌症预防研究所 (CPRIT) 奖 RR150044、韦尔奇基金会研究补助金 C-1930 以及由国立卫生研究院 K22 AI110552 授予 NVK 的支持。资助者在研究设计、数据收集和分析、决定出版或编写手稿方面没有任何作用。
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| COPAS FP BioSorter | Union Biometrica | 大型物体流式细胞仪/蠕虫分选仪 | |
| Cytation 5 | BioTek | ||
| EL406 洗板分液器 | BioTek | ||
| Multitron Pro | Infors HT | ||
| 24 深孔 RB 模块 | Thermo Fisher Scientific | CS15124 | |
| 384 孔板 | GreinerBio-One | MPG-781091 | |
| 线虫生长培养基 (NGM) | 每升含量:18 克琼脂、3 克 NaCl、2.5 克蛋白胨、1 mL CaCl2 (1 M)、1 mL MgSO4 (1 M)、25 mL 磷酸盐缓冲液和 973 mL milli-Q 水 | ||
| 慢杀灭 (SK) 板 | 每升含量:18 克琼脂、3 克 NaCl、3.5 克蛋白胨、1 mL CaCl2 (1 M)、1 mL MgSO4 (1 M)、25 mL 磷酸盐缓冲液和 973 mL milli-Q 水 | ||
| 慢杀伤 (SK) 培养基 | 每升含量: 3 克 NaCl, 3.5 克蛋白胨、1 mL CaCl2 (1 M)、1 mL MgSO4 (1 M)、25 mL 磷酸盐缓冲液和 973 mL milli-Q 水 | ||
| 溶原性肉汤 (LB) | USBiological Life Sciences | L1520 | |
| Brian Heart Infusion 肉汤 (BHI) | Research Products International Corp | 50-488-526 | |
| 蠕虫漂白剂溶液 | 每 100 mL 含量:10 mL 5 M NaOH 溶液、20 mL 5% 次氯酸钠溶液和 70 mL 无菌水 | ||
| S 基础 | 每升含量:5.85 克氯化钠、6 克 KH2PO< >4、1 克 K2HPO4, 和 1 升 milli-Q 水 | ||
| 脂 | USBiological Life Sciences | A0930 | |
| NaCl | USBiological Life Sciences | S5000 | |
| 蛋白胨 | USBiological Life Sciences | P3300 | |
| CaCl2 | USBiological Life Sciences | ||
| MgSO4 | Fisher Scientific | M63-500 | |
| 磷酸盐缓冲液 | 量:132 mL K2HPO4 (1M) 和 868 mL KH 2 PO4 (1M) | ||
| KH2PO4 | Acros Organics | 7778-77-0 | |
| K2HPO4 | USBiological Life Sciences | P5100 | |
| 5% 次氯酸钠溶液 | BICCA | 7495.5-32 | |
| NaOH 溶液 | Fisher Scientific | SS255-1 | |
| Breathe-easy | Diversified Biotech | BEM-1 | |
| SYTOX Orange 核酸染色剂 | Fisher Scientific | S11368 | |
| 细菌菌株 | |||
| 铜绿假单胞菌 (PA14) | |||
| 粪肠球菌(OG1RF) | |||
| 大肠杆菌超级食物(OP50) | |||
| 表达大肠杆菌RNAi的细菌(HT115) | |||
| 蠕虫菌株< | |||
| em>glp-4(bn2)(Beanan 和 Strome,1992 年, PMID:1289064) | |||
| PINK-1::GFP 报告基因(Kang等人,2018 年,PMID:29532717) |
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