Viele klinisch relevante gramnegative Erreger wie Yersinien, Vibrio, Escherichia, Pseudomonas und Shigellen kodieren für das Typ-III-Sekretionssystem (T3SS), um Effektorproteine in Wirtszellen zu injizieren1. Bei vielen Bakterienarten steht das T3SS unter strenger behördlicher Kontrolle2. Zum Beispiel ist die Translokation von Yersinia T3SS-Effektorproteinen in Ziel-Wirtszellen entscheidend, um die Abwehrmechanismen des Wirts zu untergraben und die bakterielle Besiedlung von Wirtsgeweben zu ermöglichen. Die Aktivität von Yersinia T3SS ist jedoch metabolisch belastend und kann die Erkennung durch Immunrezeptoren des Wirts auslösen3. Dementsprechend steuern Regulatoren, die spezifische Umweltreize wahrnehmen, die Expression von T3SS-Genen in vielen Bakterienarten. Da Krankheitserreger wie Yersinien während ihres Infektionszyklus Umweltveränderungen erfahren, die sich auf die Expression kritischer Virulenzfaktoren auswirken, ist es wichtig, Laborbedingungen zu entwickeln, die die hervorstechenden Merkmale der Wirtsnischen nachahmen, die von bakteriellen Krankheitserregern besetzt sind. Insbesondere unterscheiden sich die Sauerstoffspannung und die Eisenverfügbarkeit zwischen verschiedenen Gewebestellen in räumlich-zeitlicher Weise und beeinflussen die Expression von Virulenzgenen wie dem T3SS 4,5,6. Daher ist das Ziel dieser Methode zu beurteilen, wie Sauerstoff und Eisen die Expression der Yersinia T3SS beeinflussen. Dies wird einen Einblick in die Dynamik der Wirt-Pathogen-Interaktion geben.
Die hier beschriebene Methode beschreibt, wie Yersinia pseudotuberculosis aerob und anaerob kultiviert wird, sowie wie die Eisenspeicher von Yersinia während des aeroben oder anaeroben Wachstums erschöpft werden. Es gibt einige wichtige Überlegungen, die hier hervorgehoben werden, um Bakterien unter diesen variablen Bedingungen erfolgreich zu kultivieren. Erstens erfordert die anaerobe Kultivierung eine zusätzliche Glukoseergänzung, eine Modifikation, die im Medienrezept vermerkt ist. Zweitens, da Y. pseudotuberculosis Siderophore und andere Eisenaufnahmesysteme verwendet, die Eisen robust aus der Umwelt aufnehmen können, wird besonderes Augenmerk darauf gelegt, sicherzustellen, dass die Nährmedien und Laborglasgeräte so eisenfrei wie möglich sind7. Frühere Studien haben Eisenchelatoren wie Dipyridyl verwendet, um Eisen aus Bakterienkulturen mit reichhaltigen Medien abzubauen, um Eisenmangel nachzuahmen 8,9. Die Erschöpfung der Eisenspeicher von Yersinien, um Eisenmangel zu induzieren, erfordert jedoch die Entfernung von Resteisen in Glaswaren und Medien sowie ein anhaltendes Wachstum in Abwesenheit von Eisen. Dieses Protokoll beschreibt, wie Glaswaren und Chelatmedien mit Säure gewaschen werden, um Resteisen zu entfernen, zusätzlich zur Kultivierung der Bakterien über mehrere Generationen, um einen gründlichen Eisenmangel zu gewährleisten. Eisenmangel kann durch die Messung der relativen Transkriptspiegel gut charakterisierter eisenresponsiver Gene unter verschiedenen Bedingungen sichergestellt werden, wie hier mit yfeA und bfd gezeigt.
Der Höhepunkt dieses Protokolls zeigt, wie sekretierte T3SS-Effektorproteine aus jeder dieser Erkrankungen ausgefällt werden können, indem der Kulturüberstand mit Trichloressigsäure (TCA) behandelt und sezernierte Proteine durch SDS-PAGE visualisiert werden. Schließlich wird die relative T3SS-Aktivität durch Visualisierung sezernierter Proteine durch Silberfärbung und Quantifizierung der relativen Konzentrationen von T3SS-Effektorproteinen, den sogenannten Yersinia outer proteins (Yops)10, bewertet.
T3SS-Aktivitätsassays verwenden im Allgemeinen spezifische Antikörper, um den Gehalt an T3SS-Effektorproteinen im Kulturüberstand nachzuweisen. Western-Blotting-Antikörper für T3SS-Effektorproteine sind jedoch oft nicht kommerziell erhältlich. Daher wurde besonders darauf geachtet, dass für die endgültige Visualisierung der T3SS-Aktivität bei dieser Methode keine spezifischen Antikörper erforderlich sind, sondern die Silberfärbung genutzt werden kann, die die Visualisierung aller sezernierten Proteine ermöglicht. Obwohl diese Methode speziell auf Y. pseudotuberculosis zugeschnitten und optimiert ist, kann sie an andere Bakterienarten angepasst werden, obwohl die genauen Medienbedingungen und Inkubationszeiten variieren können.