该方法为研究复杂宿主来源中外源性脂肪酸掺入细菌膜(特别是Staphylococcus aureus)提供了框架。为此,本文描述了从鸡蛋蛋黄中富集脂蛋白颗粒的方案,以及利用质谱技术对细菌磷脂进行脂肪酸谱分析的方法。
方法文章
该方法为研究复杂宿主来源中外源性脂肪酸掺入细菌膜(特别是Staphylococcus aureus)提供了框架。为此,本文描述了从鸡蛋蛋黄中富集脂蛋白颗粒的方案,以及利用质谱技术对细菌磷脂进行脂肪酸谱分析的方法。
Staphylococcus aureus 及其他革兰氏阳性病原菌可将环境中存在的脂肪酸整合到膜磷脂中。在感染过程中,外源性脂肪酸主要存在于宿主的脂蛋白颗粒内。目前尚不明确宿主脂肪酸的具体储存库,以及细菌从脂蛋白颗粒中获取脂肪酸的作用机制。本研究中,我们描述了从鸡蛋蛋黄中富集低密度脂蛋白(LDL)颗粒的实验方案,并验证LDL是否可作为S. aureus的脂肪酸来源。该方法利用非偏向性脂质组学分析和鸡源LDL——一种研究LDL与细菌相互作用的有效且经济的模型系统。通过高分辨率/精确质量质谱和串联质谱技术,分析S. aureus从LDL中整合外源性脂肪酸的情况,从而表征细菌膜的脂肪酸组成,并非偏向性地鉴定细菌膜脂质在暴露于LDL后所产生的新型脂肪酸组合。这些先进的质谱技术能够揭示被整合至磷脂中的特定外源性脂肪酸,为研究脂肪酸的摄取提供了前所未有的视角。本文所述方法可推广应用于其他细菌病原体及复杂脂肪酸不同来源的研究。
耐甲氧西林S. aureus(MRSA)是医疗机构相关感染的首要致病原因,其伴随的抗生素耐药性构成了重大的临床挑战1,2,3。因此,开发新型治疗策略具有高度优先性。针对革兰氏阳性病原菌的一种有前景的治疗策略是抑制脂肪酸合成,该过程是膜磷脂生成所必需的,在S. aureus中包括磷脂酰甘油(PG)、赖氨酰-PG和心磷脂4。在细菌中,脂肪酸的生成通过脂肪酸合成II途径(FASII)进行5,该途径与真核生物中的对应途径存在显著差异,使得FASII成为抗生素开发的有吸引力靶点5,6。FASII抑制剂主要靶向FabI,即脂肪酸碳链延长所必需的一种酶7。FabI抑制剂三氯生被广泛用于消费品和医疗用品中8,9。多家制药公司正在开发其他FabI抑制剂,用于治疗S. aureus感染10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26。然而,许多革兰氏阳性病原菌(包括S. aureus)能够摄取外源性脂肪酸用于磷脂合成,从而绕过FASII的抑制作用27,28,29。因此,由于我们对宿主脂肪酸来源以及病原体从宿主提取脂肪酸的机制仍存在显著认知空白,FASII抑制剂的临床潜力仍存在争议27,28。为填补这些空白,我们开发了一种无偏倚的脂质组学分析方法,用于监测S. aureus膜磷脂中外源性脂肪酸从脂蛋白颗粒中的整合情况。
在脓毒症期间,宿主脂蛋白颗粒可作为血管系统内宿主来源脂肪酸的潜在来源,因为大多数宿主脂肪酸均与这些颗粒相关30。脂蛋白由磷脂和蛋白质组成的亲水性外壳包裹着甘油三酯和胆固醇酯的疏水性核心构成31。宿主产生四类主要的脂蛋白——乳糜微粒、极低密度脂蛋白、高密度脂蛋白和低密度脂蛋白(LDL),它们作为脂质运输载体,通过血管系统将脂肪酸和胆固醇递送至宿主细胞或从宿主细胞运出。LDL富含酯化脂肪酸,包括甘油三酯和胆固醇酯31。我们先前已证明,高度纯化的人源LDL可作为PG合成所需的外源性脂肪酸的有效来源,从而提供一种FASII抑制剂绕过机制32。纯化人源LDL在技术上具有挑战性且耗时较长,而商业来源的纯化人源LDL价格昂贵,难以常规使用或用于大规模细菌筛选。为克服这些局限性,我们改进了一种从鸡卵黄中富集LDL的方法,卵黄是脂蛋白颗粒的丰富来源33。我们已成功利用非靶向、高分辨率/精确质量质谱及串联质谱技术,监测人源LDL来源的脂肪酸掺入S. aureus细胞膜的过程32。与以往报道的方法不同,该方法可对三种主要葡萄球菌磷脂类型的每一种中的单个脂肪酸异构体进行定量。油酸(18:1)是一种不饱和脂肪酸,存在于所有宿主脂蛋白颗粒中,并可被S. aureus readily 掺入其磷脂中29,30,32。S. aureus无法自身合成油酸29;因此,磷脂中掺入的油酸含量可反映葡萄球菌细胞膜中存在宿主脂蛋白来源的脂肪酸29。这些磷脂种类可通过本文所述的先进质谱方法进行鉴定,从而以前所未有的分辨率揭示S. aureus在感染过程中可能遇到的脂肪酸来源存在条件下培养时的细胞膜组成。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
注意:以下从鸡蛋蛋黄中富集低密度脂蛋白(LDL)颗粒的实验方案源自 Moussa 等人 2002 年的研究33。
1. 准备鸡蛋黄以富集低密度脂蛋白颗粒
2. 从鸡蛋蛋黄中分离含低密度脂蛋白(LDL)的血浆组分
3. 从血浆中分离低密度脂蛋白颗粒
4. 评估鸡 LDL 作为脂肪酸来源
5. 用于膜脂质分析的S. aureus与低密度脂蛋白(LDLs)孵育。
6. 提取 S. aureus 膜脂质
7. 分析 S. aureus 使用高分辨率/高精度质谱法进行脂质谱分析
8. 数据库搜索以鉴定内源性S. aureus和外源性LDL来源的脂质
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
从鸡蛋蛋黄中富集低密度脂蛋白(LDL)的实验方案如图1所示。该过程首先用生理盐水稀释全蛋黄,将蛋黄中的固体成分(称为颗粒)与含有LDL的可溶性或血浆组分分离(图1)33。通过沉淀分子量约为30–40 kDa的β-卵黄蛋白(β-livetins),可进一步富集血浆组分中的LDL含量(图2)33。在140、80、65、60和15 kDa处出现的蛋白条带与LDL的载脂蛋白相对应(图2)33,39。三氯生(triclosan)可在无脂肪酸培养基中抑制S. aureus的生长32
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
S. aureus 可将外源性脂肪酸整合到其膜磷脂中27,32,43。利用外源性脂肪酸进行磷脂合成可绕过FASII的抑制作用,但也会改变膜的生物物理特性27,32,44。尽管外源性脂肪酸整合入革兰氏阳性病原菌磷脂的过程已有充分记载,但关于宿主脂肪酸储存库的具体身份,以及外源性脂肪酸整合后对金黄色葡萄球菌三种主要磷脂类型的结构改变,目前仍存在研究空白。本文描述了可用于以下目的的实验方案:i)从鸡蛋蛋黄中富集低密度脂蛋白(LDL)颗粒,作为脂肪酸来源;ii)测定外源性脂肪酸对S. aureus生长的影响;以及iii)采用非偏倚的脂质组学分析方法,监测外源性脂肪酸在S. aureus膜磷脂中的整合情况。本研究提供的先进质...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
我们感谢Hammer实验室的成员对本文稿的批判性评价以及对本工作的支持。科罗拉多大学医学院的Alex Horswill博士惠赠菌株AH1263。密歇根州立大学Chris Waters实验室提供了试剂。本工作由美国心脏协会资助项目16SDG30170026及密歇根州立大学启动资金支持。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 硫酸铵 | Fisher | BP212R-1 | ≥99.5% 纯度 |
| 细胞培养箱 | Thermo | MaxQ 6000 | |
| 离心机 | Thermo | 75-217-420 | Sorvall Legen XTR,转子 F14-6x250 LE |
| Costar 检测板 | Corning | 3788 | 96 孔 |
| 滤纸 | Schleicher & Schuell | 597 | |
| 大型鸡卵 | N/A | N/A | 普通市售鸡蛋 |
| 微孔板分光光度计 | BioTek | Epoch 2 | |
| NaCl | Sigma | S9625 | |
| S. aureus 菌株 AH1263 | N/A | N/A | 由科罗拉多大学 Alex Horswill 提供 |
| 透析管 | Pierce | 68700 | 截留分子量 7,000 |
| 胰蛋白胨 | Becton, Dickison and Company | 211705 | |
| 0.5 mm 氧化锆珠 | Next Advance | ZROB05 | |
| Bullet Blender 匀浆仪 | Next Advance | BBX24B | |
| 甲醇(LC-MS 级) | Fisher | A4561 | |
| 氯仿(试剂级) | Fisher | MCX10559 | |
| 异丙醇(LC-MS 级) | Fisher | A4611 | |
| 二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱 | Avanti Polar Lipids | 850345C-25mg | |
| 碳酸氢铵 | Sigma | 9830 | ≥99.5% 纯度 |
| 甲酸铵 | Sigma | 70221-25G-F | |
| Xcalibur 软件 | Thermo Scientific | OPTON-30801 | |
| LTQ-Orbitrap Velos 质谱仪 | Thermo Scientific | 高分辨率/精确质量质谱 | |
| Agilent 1260 毛细管高效液相色谱仪 | Agilent | ||
| SpeedVac 真空浓缩仪 | Thermo Scientific |
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
申请许可以重复使用本 JoVE 文章的文本或图表
申请许可