כאן אנו מתארים זן סרוטיפ 1 של S. pneumoniae serotype 1 519/43 שניתן להנדס גנטית באמצעות יכולתו לרכוש באופן טבעי DNA ופלסמיד מתאבד. כהוכחה עקרונית נוצרה מוטציה איזוגנית בגן הפנאומוליזין (ply).
מאמר שיטה
כאן אנו מתארים זן סרוטיפ 1 של S. pneumoniae serotype 1 519/43 שניתן להנדס גנטית באמצעות יכולתו לרכוש באופן טבעי DNA ופלסמיד מתאבד. כהוכחה עקרונית נוצרה מוטציה איזוגנית בגן הפנאומוליזין (ply).
Streptococcus pneumoniae serotype 1 נותר בעיה עצומה במדינות בעלות הכנסה נמוכה ובינונית, במיוחד באפריקה שמדרום לסהרה. למרות חשיבותו, מחקרים בסרוטיפ זה עוכבו על ידי היעדר כלים גנטיים כדי לשנות אותו. במחקר זה אנו מתארים שיטה לשינוי גנטי של איזולט קליני של סרוטיפ 1 (זן 519/43). באופן מעניין, זה הושג על ידי ניצול יכולתו של הפנאומוקוק לרכוש דנ"א באופן טבעי. עם זאת, בניגוד לרוב הפנאומוקוקים, השימוש בדנ"א ליניארי לא היה מוצלח; כדי לשנות את הזן החשוב הזה, היה צורך להשתמש בפלסמיד מתאבד. מתודולוגיה זו סיפקה את האמצעים להבנה עמוקה יותר של סרוטיפ חמקמק זה, הן מבחינת הביולוגיה והן מבחינת הפתוגנים שלו. כדי לאמת את השיטה, הרעלן העיקרי הידוע של פנאומוקוק, פנאומוליזין, עבר מוטציה מכיוון שיש לו פנוטיפ ידוע וקל למעקב. הראינו שהמוטציה, כצפוי, איבדה את יכולתה ללדת תאי דם אדומים. על ידי היכולת לבצע מוטציה בגן חשוב בסרוטיפ המעניין, הצלחנו לצפות בפנוטיפים שונים לאובדן מוטציות תפקודיות בזיהומים תוך צפקיים ותוך אפיים מאלה שנצפו עבור סרוטיפים אחרים. לסיכום, מחקר זה מוכיח כי זן 519/43 (סרוטיפ 1) יכול להיות מהונדס גנטית.
סטרפטוקוקוס דלקת ריאות (S. pneumoniae, הפנאומוקוקוס) הוא אחד הגורמים העיקריים לתחלואה ולתמותה ברחבי העולם. עד לאחרונה התגלו קרוב ל-100 סרוטיפים של S. pneumoniae 1,2,3,4,5,6,7. מדי שנה, מחלת פנאומוקוק פולשנית (IPD) טוענת לכ -700,000 מקרי מוות, של ילדים מתחת לגיל5 שנים 8. S. pneumoniae הוא הגורם העיקרי לדלקת ריאות חיידקית, דלקת אוזניים, דלקת קרום המוח ואלח דם ברחבי העולם9.
בחגורת דלקת קרום המוח האפריקאית, סרוטיפ 1 אחראי להתפרצויות דלקת קרום המוח, כאשר סוג הרצף (ST) ST217, סוג רצף אלים ביותר, דומיננטי 10,11,12,13,14,15. חשיבותו בפתולוגיה של דלקת קרום המוח הושוותה לזו של Neisseria meningitidis בחגורת דלקת קרום המוח האפריקאית16. סרוטיפ 1 הוא לעתים קרובות הגורם העיקרי ל- IPD; עם זאת, הוא נמצא לעתים רחוקות מאוד בכרכרה. למעשה, בגמביה, סרוטיפ זה אחראי ל -20% מכלל המחלות הפולשניות, אך הוא נמצא רק ב -0.5% מהנשאים הבריאים 14,17,18,19. החלפה גנטית ורקומבינציה בפנאומוקוקים מוסמכים מתרחשת בדרך כלל בהובלה ולא במחלה פולשנית20. יתר על כן, סרוטיפ 1 הוכח כאחד משיעורי ההובלה הקצרים ביותר המתוארים בקרב פנאומוקוקים (9 ימים בלבד). לכן, הוצע כי סרוטיפ זה עשוי להיות בעל שיעור רקומבינציה נמוך בהרבה מאחרים21.
יש צורך במחקרי עומק כדי להבין את הסיבה לשיעור ההובלה הנמוך של זני סרוטיפ 1 ואת חשיבותו במחלות פולשניות באפריקה שמדרום לסהרה.
כאן אנו מדווחים על פרוטוקול המאפשר מוטגנזה כלל-גנומית של זן סרוטיפ 1 מסוים, 519/43. זן זה יכול בקלות לרכוש ולשלב מחדש דנ"א חדש בגנום שלו. שיטה זו עדיין אינה בין-זנית, אך היא יעילה מאוד כאשר היא נעשית ברקע 519/43 (מטרות אחרות עברו מוטציה, כתבי יד בהכנה). פשוט על ידי שימוש בזן 519/43, וניצול היכולת הטבעית שלו, כמו גם החלפת האופן שבו הדנ"א האקסוגני מסופק, הצלחנו לשנות את הגן pneumolysin (ply) בזן סרוטיפ 1 זה. שיטה זו מייצגת שיפור מזה שהוצג על ידי Harvey et al.22 כפי שהוא נעשה בשלב אחד ללא צורך להעביר את הדנ"א דרך סרוטיפ אחר. עם זאת, ובשל השונות בין הזנים, אף שיטה לא תוקנה לכל הזנים. היכולת לבצע מוטציה בגנים ספציפיים ולצפות בהשפעותיהם תאפשר הבנה מעמיקה של זני סרוטיפ 1 S. pneumoniae ותספק תשובות לתפקידם של זנים אלה בדלקת קרום המוח באפריקה שמדרום לסהרה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. יצירת אמפליקון מוטציה על ידי SOE-PCR23 והגברה של קלטת ספקטינומיצין
2. יצירת פלסמיד pSD1 וטרנספורמציה כימית של E. coli Dh5α
3. מיצוי DNA פלסמיד, הגבלת עיכול הגן pSD1 וספקטינומיצין והרכבת pSD2
4. טרנספורמציה של זן S. pneumoniae 519/43
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הפרוטוקול המתואר כאן מתחיל בשימוש ב- PCR כדי להגביר את זרועות ההומולוגיה השמאלית והימנית, תוך מחיקת 191 bp מהאזור האמצעי של גן הרובד . בעת ביצוע ה-PCR מציגים אתר BamHI ב-3' של זרוע ההומולוגיה השמאלית ובקצה ה-5' של זרוע ההומולוגיה הימנית (איור 1A). אחריו מגיע PCR-SOE, שבו זרועות הומולוגיה שמאליות וימניות מאוחות לאמפליקון אחד (איור 1B). אמפליקון SOE-PCR זה משובט לאחר מכן לתוך pGEMTeasy באמצעות שיבוט TA כדי ליצור פלסמיד pSD1 (איור 1C
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
דלקת ריאות סטרפטוקוקוס, במיוחד סרוטיפ 1, ממשיכה להוות איום עולמי הגורם למחלת פנאומוקוק פולשנית ולדלקת קרום המוח. למרות הכנסת חיסונים שונים שאמורים להגן מפני סרוטיפ 1, באפריקה סרוטיפ זה עדיין מסוגל לגרום להתפרצויות שיובילו לתחלואה ותמותה גבוהה13. היכולת לבצע מניפולציה גנטית בסרוטיפ זה היא בעלת חשיבות קריטית בגלל הרלוונטיות הקלינית שלו. השיטה המתוארת במחקר זה מאפשרת מניפולציה גנטית של זן מייצג בתוך סרוטיפ זה. זן פולשני 519/43 (ST5316), מבודד קליני מחולה דלקת קרום המוח בדנמרק
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
ברצוננו להודות לקרן דלקת קרום המוח ול-MRC על מתן המימון לעבודה זו.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| AccuPrime Pfx DNA פולימראז | Invitrogen | 12344024 | משמש להגברה של השברים |
| Ampicillin נתרן | מלח Sigma Aldrich | A9518 | משמש לבחירת חיידקים בשלב 1 (pSD1) |
| בסיס אגר דם | Oxoid | CM0055 | משמש לצלחת S. pneumoniae טרנספורמטורים |
| סרום בקר אלבומין | סיגמא | 55470 | משמש עבור S. pneumoniae טרנספורמציה |
| מוח עירוי לב | אוקסואיד | CM1135 | המשמש לגידול S. pneumoniae תאים |
| סידן כלוריד Cacl2 | Sigma | 449709 | המשמש עבור S. pneumoniae טרנספורמציה |
| יכולת מגרה פפטיד 1 | AnaSpec | AS-63779 | משמש לS. pneumoniae טרנספורמציה |
| מרק לוריא אגר | גיבקו | 22700025 | משמש לציפוי ובחירה של בסיס מרק לוריא pSD1 ו-pSD2 |
| (הניסוח של מילר) | Gibco | 12795027 | משמש לציפוי ובחירה של ערכת מיצוי ג'ל pSD1 ו-pSD2 |
| Monarch | NEB | T1020S | משמש לחילוץ הרצועות מג'ל ה-DNA |
| Monarch Plasmid ערכת Miniprep | NEB | T1010S | משמשת לחילוץ פלסמיד מהתאים |
| pGEM T-easy | Promega | A1360 | המשמש כפלסמיד התאבדות |
| S.O.C. | Invitrogen | 15544034 | משמש לשחזור תאים לאחר טרנספורמציה |
| נתרן הידרוקסיד (NaOH) | Sigma | S0899 | המשמש לS.pneumoniae טרנספורמציה |
| ספקטינומיצין הידרוכלוריד | SigmaAldrich | PHR1426 | משמש לבחירת חיידקים |
| יעילות תת-שיבוט DH5α תאים מוכשרים | Invitrogen | משמשים | 18265017 ליצירת pSD1 ו- pSD2 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה