概要

血清型1肺 炎球 菌519/43株における変異体の構築

Published: September 11, 2020
doi:

概要

ここでは、自然にDNAを獲得する能力を利用して遺伝子改変できる 肺炎球 菌血清型1株519/43と自殺プラスミドについて述べる。原理の証明として、ニューモリシン(プライ)遺伝子の同質変異体が作られました。

Abstract

肺炎連鎖球菌 血清型1は、低中所得国、特にサハラ以南のアフリカで依然として大きな問題となっています。その重要性にもかかわらず、この血清型の研究は、それを改変するための遺伝的ツールの欠如によって妨げられてきました。本研究では、血清型1臨床分離株(株519/43)を遺伝子改変する方法について述べる。興味深いことに、これは肺炎球菌が自然にDNAを取得する能力を利用することによって達成されました。しかし、ほとんどの肺炎球菌とは異なり、線状DNAの使用は成功しませんでした。この重要な株を変異させるには、自殺プラスミドを使用する必要がありました。この方法論は、その生物学と病原性の両方の観点から、このとらえどころのない血清型をより深く理解するための手段を提供しました。この方法を検証するために、主要な既知の肺炎球菌毒素であるニューモリシンは、よく知られたわかりやすい表現型を持っているため、変異しました。予想通り、突然変異体が赤血球を溶解する能力を失ったことを示しました。目的の血清型で重要な遺伝子を変異させることができれば、腹腔内および鼻腔内感染時の機能喪失変異体の表現型が他の血清型で観察されたものとは異なる表現型を観察することができました。要約すると、この研究は、株519/43(血清型1)が遺伝子組み換え可能であることを証明しています。

Introduction

肺炎連鎖球菌(S. pneumoniae、肺炎球菌)は、世界的に罹患率と死亡率の主な原因の1つです。最近まで、100近くの血清型のS.肺炎が発見されています1,2,3,4,5,6,7。毎年、侵襲性肺炎球菌疾患(IPD)は、5歳未満の子供の約70万人が死亡していると主張しています8。肺炎球菌は、世界中の細菌性肺炎、中耳炎、髄膜炎、敗血症の主な原因です9

アフリカの髄膜炎ベルトでは、血清型1が髄膜炎の発生の原因であり、非常に毒性の高い配列型である配列型(ST)ST217が優勢です10、11、12、131415髄膜炎の病理学におけるその重要性は、アフリカの髄膜炎ベルト16における髄膜炎菌の重要性に例えられています。血清型1はしばしばIPDの主な原因です。しかし、それは非常にまれに馬車で見つかります。実際、ガンビアでは、この血清型はすべての侵襲性疾患の20%を占めていますが、健康な保因者の0.5%にしか見られませんでした14,17,18,19。有能な肺炎球菌における遺伝子交換および組換えは、侵襲性疾患ではなくキャリッジで一般的に起こる20。さらに、血清型1は、肺炎球菌の中で説明されている最も短い保菌率の1つ(わずか9日)を有することが示されている。したがって、この血清型は他の血清型よりもはるかに低い組換え率を有する可能性があることが提案されている21

血清型1株の保菌率が低い理由と、サハラ以南のアフリカの侵襲性疾患におけるその重要性を理解するには、詳細な研究が必要です。

ここでは、特定の血清型1株、519/43のゲノムワイド突然変異誘発を可能にするプロトコルを報告します。この株は、新しいDNAを簡単に取得してゲノムに組み換えることができます。この方法はまだ系統間ではありませんが、519/43バックグラウンドで行うと非常に効率的です(他のターゲットは変異しており、原稿は準備中です)。519/43株を使用し、その自然な能力を利用し、外因性DNAの提供方法を置き換えるだけで、この血清型1株のニューモリシン遺伝子(プライ)を変異させることができました。この方法は、異なる血清型を介してDNAを通過させる必要なしにワンステップで行われるため、Harveyら22 によって提示されたものの改良を表しています。それにもかかわらず、また株間の変動性のために、すべての菌株に標準化された方法はありません。特定の遺伝子を変異させ、その効果を観察する能力は、血清型 1 S. pneumoniae 株の深い理解を可能にし、サハラ以南のアフリカの髄膜炎におけるこれらの株の役割についての答えを提供します

Protocol

1. SOE-PCR23による変異アンプリコンの生成とスペクチノマイシンカセットの増幅 まず、株519/43由来のプライ遺伝子の隣接領域の相同性アーム(それぞれply 5′(488 bp)およびply3′(715 bp))の増幅のためにPCRを実行します。プライマー plyFw1_NOTI (TTT GCGGCCGCCAGTAAATGACTTTATTACTATCTATG), ply5’R1_BamHI (CGAAATATAGACCAAAGGACGC GGATCC AGAACCAAACTTGACCTTGA), ply3’F1_BamHI (TCAAGGTCAAGTTTGGTTCTGGATCC GCGTCCTTTGG…

Representative Results

ここで説明するプロトコルは、PCRを使用して左右の相同性アームを増幅すると同時に、 プライ 遺伝子の中央領域から191 bpを削除することから始まります。PCRを実行している間、BamHI部位が左相同性アームの3’側および右相同性アームの5’末端に導入されます(図1A)。これに続いて、左右の相同性アームが1つのアンプリコンに融合されたPCR-SOEが続きます(<strong class="x…

Discussion

肺炎連鎖球菌、特に血清型1は、侵襲性肺炎球疾患および髄膜炎を引き起こす世界的な脅威であり続けている。血清型1に対して保護されるべきさまざまなワクチンの導入にもかかわらず、アフリカでは、この血清型は依然として高い罹患率と死亡率につながる発生を引き起こす可能性があります13。この血清型を遺伝的に操作する能力は、その臨床的関連性のために…

開示

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

髄膜炎トラストとMRCがこの作業に資金を提供してくれたことに感謝します。

Materials

AccuPrime Pfx DNA polymerase Invitrogen 12344024 Used for amplification of the fragments
Ampicillin sodium salt Sigma Aldrich A9518 Used for bacterial selection on stage 1(pSD1)
Blood Agar Base Oxoid CM0055 Used to plate S. pneumoniae transformants
Bovine Serum Albumine sigma 55470 used for S. pneumoniae Transformation
Brain Heart Infusion Oxoid CM1135 used to grow S. pneumoniae cells
Calcium Chloride Cacl2 Sigma 449709 used for S. pneumoniae Transformation
Competence stimulating peptide 1 AnaSpec AS-63779 used for S. pneumoniae Transformation
Luria Broth Agar Gibco 22700025 used for plating and selection of pSD1 and pSD2
Luria Broth Base (Miller's formulation) Gibco 12795027 used for plating and selection of pSD1 and pSD2
Monarch Gel Extraction Kit NEB T1020S Used to extract the bands from the DNA gel
Monarch Plasmid Miniprep Kit NEB T1010S Used to extract plasmid from the cells
pGEM T-easy Promega A1360 used as suicide plasmid
S.O.C. Invitrogen 15544034 used for recovery of cells after transformation
Sodium Hydroxide (NaOH) Sigma S0899 used for S.pneumoniae Transformation
Spectinomycin Hydrochloride SigmaAldrich PHR1426 Used for bacterial selection
Subcloning Efficiency DH5α Competent Cells Invitrogen 18265017 used for the creation of pSD1 and pSD2

参考文献

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記事を引用
Terra, V. S., Plumptre, C. D., Wall, E. C., Brown, J. S., Wren, B. W. Constructing Mutants in Serotype 1 Streptococcus pneumoniae strain 519/43. J. Vis. Exp. (163), e61594, doi:10.3791/61594 (2020).

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