2021年5月1日
本文介绍了一种分离和扩增小鼠结膜共生的好氧菌及兼性厌氧菌的实验方案,该方法采用独特的结膜拭子取样,并结合基于培养的富集步骤,随后通过微生物学方法及基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)进行菌种鉴定。
该方法可鉴定存活的眼部结膜微生物,由于眼部环境具有较强的抑制性,此类微生物的鉴定具有挑战性。该方法有助于解答眼部微生物组是否存在,以及细菌在眼病中的定植情况如何变化。与能够检测存活和非存活微生物的DNA测序技术相比,该方法仅鉴定存活的微生物,从而更清晰地揭示眼部共生微生物群落的真实组成。
研究表明,一些难以诊断的眼部疾病,例如非自身免疫性和自身免疫性干眼症,具有独特的眼表细菌存在特征。该方法可用于诊断具有特异性微生物特征的眼部疾病。首先,根据需采样的小鼠数量,将适量的棉絮和棉签进行高压灭菌处理;然后剪取约0.5厘米长的棉絮片段,通过拉扯边缘将其分离成一层扁平、单层且多孔的结构,注意操作至棉絮即将散开前停止。
将棉签的一端轻轻夹住拉伸的棉絮,并在旋转牙签尖端的同时将其缠绕在其中一个尖头上。制备完成的采样棉签将在尖端处形成一层非常薄的棉层,棉层延伸至距离尖端约0.5至1厘米处。将棉签采样端朝下插入小烧杯中,盖上盖子后进行高压灭菌。
使用消毒剂清洁工作区域,以尽量减少污染,并将0.5毫升无菌脑心浸液(BHI)培养基分装至已标记的1.5毫升无菌微量离心管中。将管子盖好盖子后放入试管架中,并将试管架置于冰上。工作流程从左到右设置,起始于小鼠麻醉站,该区域包括装有实验小鼠的笼子、一个空的无菌笼子、室温麻醉剂、25号针头和1毫升注射器。
接下来,准备一个眼部拭子取样工作站,其中包含置于冰上的分装BHI培养基、无菌眼部拭子、润滑型滴眼液、生物危害废物容器、干净的纸巾和70%异丙醇喷雾剂。最后,设置接种工作站,配备室温下的血琼脂平板、10微升移液器、10微升无菌一次性吸头以及生物危害废弃物容器。通过轻捏小鼠后肢足垫确认其已充分麻醉。
若无活动,方可继续操作。一只手用于处理麻醉后的小鼠,另一只手用于处理眼拭子和培养物。将小鼠从笼中取出,放置于操作台面上,使其侧卧,暴露左眼。
用异丙醇喷洒戴手套的手,并用纸巾擦干。用专用的手取下标记好的BHI微量离心管管盖,并将管盖和管子一同放回架中。将棉拭子头部浸入BHI培养基中,然后在取出拭子的同时,将拭子头在管内壁旋转两次,以去除多余液体,随后完全取出拭子。
用一只手轻轻抓住小鼠颈部的皮肤以固定小鼠。另一只手将眼拭子的尖端置于左眼的内侧结膜区域。轻压眼球,并在下眼睑与眼球之间以擦窗方式来回移动拭子10次,保持恒定压力。
在不接触毛发的情况下,将拭子垂直于插入方向轻轻取出。将拭子带棉部分朝下,直接放入含有BHI培养基的已标记微量离心管中。向擦拭过的眼睛滴加一滴眼药水。
如有需要,可采集皮肤或毛发拭子作为对照样本,每次采样之间应适当消毒手套。操作完成后,将小鼠放回笼中。将拭子置于冰上静置10至15分钟,然后消毒戴着手套的双手,在培养基中旋转拭子尖端10圈,使其充分混匀。
通过将拭子尖端在试管内壁旋转五圈来撤出拭子,并将其丢弃至生物危害容器中。对每只小鼠重复此操作。将试管在37摄氏度下静置孵育1小时,以富集样本。
孵育期间,为每只小鼠眼拭子或对照拭子标记一个室温的TSA平板,并将其分为两半。从培养箱中取出增菌后的样品,置于冰上。短暂涡旋混匀样品,然后取10 µL样品滴加到TSA平板上,倾斜平板形成条带。
重复此步骤两次。在平板分界线的另一侧,用每份10微升的样品创建10个点样。将平板置于洁净的培养室中,于37°C分别孵育18小时、两天和四天,以防止琼脂平板干燥。
计数条带中的菌落。注意菌落形态,并计算形态相似分离株每拭子的菌落形成单位。观察条带中未捕获到独特微生物的点位。
为了便于观察,我们在中间和右侧的培养皿中密集接种了细菌。通常情况下,我们在眼拭子培养皿中观察到的细菌数量要少得多。需要注意的是,有时眼拭子可能无法分离出可培养的细菌。
图中显示了来自一只C57黑六小鼠的代表性眼拭子平板,其上具有形态各异的分离菌株。针对每种不同的分离菌株,统计了划线区域内的菌落数量,并计算和绘制了相对丰度。为进行微生物学表征,从各小鼠眼拭子平板上分别挑取细菌,制备主TSB平板。
当观察到菌落生长后,进行了额外的检测以对微生物进行特征分析或鉴定。使用主培养板提供足够的接种物以扩增相应的分离株。为鉴定分离株,将分离物划线接种于TSA平板,过夜培养后进行基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)分析。
此处展示的分离株被鉴定为嗜酸链球菌(Streptococcus acidominimus)和绿色气球菌(Aerococcus viridans)。从雄性和雌性C57黑六小鼠中分离出的共生微生物数量存在显著差异。从C57黑六N小鼠中分离出嗜酸链球菌(Streptococcus acidominimus)、绿色气球菌(Aerococcus viridans)、凝固酶阴性葡萄球菌以及大肠杆菌(E.coli)。
进行本方案时,需注意应将拭子涂布得较薄,并在眼部取样步骤中留出充足时间。若无法及时使用基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF MS),则可通过微生物学和生化试验对分离株进行鉴定。
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本方案概述了一种分离和扩增小鼠结膜共生的好氧及兼性厌氧细菌的方法。该方法采用独特的眼部拭子和基于培养的富集步骤,随后通过微生物学方法和基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF质谱)进行鉴定。
分离可存活的眼部共生细菌,能够为眼科疾病的临床前模型提供一个与疾病相关的系统,以监测微生物群的变化,从而实现靶点验证。该方法通过区分活体与死亡微生物,支持机制性风险降低,提高生物标志物发现的预测可信度。该技术使微生物谱分析成为眼科药物研发管线中降低治疗假设风险的转化工具。
该方法可融入从早期发现阶段的假设验证到临床前验证的整个发现流程,通过微生物谱型分析支持先导化合物的鉴定。