研究微生物群落在体内:主机之间介互动的典范白色念珠菌和铜绿假单胞菌在航空
2016年1月13日
虽然宿主-病原体相互作用的体外研究允许表征特异性免疫反应，但需要体内模型来观察复杂反应的影响。使用白色念珠菌暴露和铜绿假单胞菌介导的肺部感染，我们建立了参与呼吸机相关肺炎致病性的微生物相互作用的小鼠模型。
该程序的总体目标是构建一个模型来研究单个细菌和单个真菌之间的相互作用。该信息可以帮助回答病原体相互作用领域的关键问题，例如串扰和种间方言涉及哪些因素。该技术的主要优点是该体内模型生成的数据具有临床相关性。
要在鼻内安装真菌，首先在无菌 PBS 中将白色念珠菌每毫升稀释两倍十至第六个 CFU。接下来，在确认成年低渗小鼠的扶正反射丧失后，将至少 50 微升真菌悬浮液吸入 200 微升移液器中。现在，用一只手抓住老鼠，转动动物，使其仰卧，腹部朝直。
当鼠标就位时，用握住鼠标的手的食指支撑头部，用拇指保持下巴闭合，并将移液器尖端移近动物的鼻子。然后，小心地将 50 微升的真菌滴到鼻孔上，让一滴真菌被老鼠的自主呼吸吸入。并将鼠标单独放在笼子里，直到它完全恢复。
白色念珠菌安装后 4 天，剃掉安乐死动物的腹部，然后对暴露的皮肤进行乙醇消毒。接下来，用剪刀打开从胸骨到中腹部的皮肤。然后，沿中线两侧的肋骨延伸切口，并将胸部两侧的皮肤向后折叠。
当看到肋骨时，在胸部两侧朝锁骨方向做一个垂直切口，然后用胸骨倾斜整个前胸壁，以观察心脏和肺。然后，使用预先肝素化的注射器，穿刺脑室内动脉旁边的心脏，并抽取至少 500 微升的血液。将血液样本放在冰上。
然后，做一个中线宫颈切口，露出气管。仔细解剖气管周围的筋膜，然后在气管下缝合。然后，使用 20 号改良管饲针对气管进行导管插入，用先前放置的缝合线固定套管。
要进行支气管肺泡灌洗，请将 500 微升冰冷的 PBS 轻轻分配到肺部。然后，吸出灌洗液并将液体转移到冰上的 2 毫升离心管中。再收集两个 500 微升样品后，从胸部取出肺，并将一块肺放入 1.5 毫升离心管中，立即储存在零下 80 摄氏度。
然后，将另一块肺组织放入预先称重的溶血管中，溶血管中含有冰上的 PBS。最后，在腹部左侧切开一个。将脾脏收集到含有 1 毫升 PBS 的第二个溶血管中，并将管子放在冰上。
通过鼻内安装每只小鼠白色念珠菌的 5 乘以 10 至第五个 CFU 获得 4 天的持久性模型。在这四天里，小鼠体重增加，但没有表现出肺损伤。然而，随着接种物的 CFU 增加，肺损伤也会增加。
感染后 24 至 36 小时内观察到的最大肺损伤。相比之下，细菌负荷表明每 24 小时每毫升减少 1 log CFU，并且每天观察到累积的细菌播散增加。在从感染小鼠收获的支气管肺泡灌洗液中，中性粒细胞被广泛募集，差异细胞计数显示 90% 的中性粒细胞、10% 的巨噬细胞淋巴细胞浸润免疫细胞群。
在此程序之后，可以执行其他方法，例如分析支气管肺泡灌洗液，以回答有关炎症反应特征的其他问题。看完这个视频，你应该对如何构建定植假单胞菌有很好的了解。不要忘记，与发光念珠菌一起工作可能非常危险，因此在执行此程序时应始终采取预防措施，例如佩戴防护装备以避免飞沫污染。
查看完整文字稿并访问数千部科学视频
概述
本研究建立了一个小鼠模型，以研究白念珠菌和铜绿假单胞菌在呼吸机相关肺炎背景下的相互作用。该模型旨在阐明这些病原体相互作用中涉及的复杂免疫反应。
关键研究组成部分
科学领域
- 微生物学
- 免疫学
- 病原体相互作用
背景
- 体外研究提供了对免疫反应的洞察。
- 体内模型对于理解复杂的相互作用至关重要。
- 呼吸机相关肺炎是一个重要的临床问题。
- 白念珠菌和铜绿假单胞菌是这类感染中常见的病原体。
研究目的
- 开发一个用于研究细菌和真菌之间相互作用的模型。
- 识别跨物种通讯中涉及的因素。
- 从体内研究中生成具有临床相关性的数据。
使用的方法
- 在小鼠鼻腔内安装白念珠菌。
- 使用低渗小鼠模型观察反应。
- 评估右侧反射作为健康指标。
- 分析肺部环境中的微生物相互作用。
主要结果
- 建立了一个可靠的小鼠模型，用于研究病原体相互作用。
- 识别了白念珠菌和铜绿假单胞菌之间交叉通讯中的关键因素。
- 证明了该模型的临床相关性。
- 洞察了呼吸机相关肺炎的致病性。
结论
- 开发的模型对于研究复杂的微生物相互作用是有效的。
- 研究结果有助于理解呼吸机相关肺炎的发病机制。
- 未来的研究可以在此模型基础上探索治疗干预。
常见问题
Executive Industry Relevance
Modeling host-mediated interactions between Candida albicans and Pseudomonas aeruginosa in vivo addresses a critical gap in understanding polymicrobial dynamics relevant to airway infections. This approach enables mechanistic de-risking of therapeutic hypotheses by capturing immune complexity and pathogen cross-talk not accessible in vitro. The model supports predictive confidence for translational research targeting ventilator-associated and chronic lung infections.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of host-pathogen and interspecies signaling pathways in a physiologically relevant context.
- Supports biological de-risking by revealing immune cell recruitment and inflammatory profiles during co-infection.
- Facilitates functional target validation for interventions modulating microbial interactions or immune responses.
Screening & Assay Development
- Provides a validated in vivo system for downstream analysis of immune cell populations and pathogen burden.
- Enables quantitative assessment of neutrophil and macrophage infiltration via bronchoalveolar lavage.
- Supports reproducible measurement of microbial load and tissue injury for compound evaluation.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with disease-relevant models for chronic lung infection and ventilator-associated pneumonia.
- Enables continuity from discovery through preclinical validation of anti-infective or immunomodulatory strategies.
- Supports risk-adjusted advancement decisions by modeling clinically relevant pathogen interactions.
Pipeline & Workflow Integration
This in vivo model bridges early discovery and preclinical research by enabling hypothesis testing of microbial and immune interactions in the airway. It provides a platform for lead identification and mechanistic de-risking in infection biology.
- Discovery Biology: Supports hypothesis-driven analysis of cross-kingdom pathogen interactions and immune modulation.
- Screening: Delivers quantitative outputs on pathogen burden and immune cell recruitment for comparative studies.
- Analytics: Enables statistical analysis of microbial load, immune infiltration, and tissue injury across experimental conditions.
- Translational Research: Models clinically relevant infection scenarios for biomarker and therapeutic evaluation.
- Enterprise Reuse: Provides a reusable in vivo platform adaptable to other polymicrobial or host-pathogen studies.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in infection biology.
- Operational Value: Standardizes in vivo infection protocols and immune readouts for reproducibility.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions for anti-infective and immunomodulatory programs.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of candidates targeting polymicrobial or immune-mediated pathologies.
Implementation Considerations
- Requires expertise in murine infection models and immune cell analysis.
- Needs access to animal facilities, biosafety protocols, and analytical infrastructure for lavage and tissue processing.
- Demands cross-team standardization of inoculum preparation, infection timing, and sample collection.
- Adaptation may be needed for different microbial species or host genetic backgrounds.
- Safety precautions are essential when handling luminescent Candida or infectious agents.
