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方法論記事

Clostridioides difficileのバイオフィルムアッセイと創薬への応用

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DOI:

10.3791/67913

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2025年7月8日

 ,  , 

* These authors contributed equally

この記事について

サマリー

細菌性病原体 Clostridioides difficile のバイオフィルムと、疾患におけるそれらの重要性はよく理解されていません。最近の知見では、再発における役割が示唆されており、その重要性が強調されている。ここでは、バイオフィルムに対する創薬のためのアプリケーションと代謝リードアウトを組み合わせたバイオフィルムアッセイの適応について説明します。

要約

クロストリジオイデス・ディフィシル は、腸管内細菌叢の環境を利用して増殖し、毒素を分泌し、腸上皮に損傷を与えることができる胃腸細菌病原体です。 C. ディフィシル 感染症 (CDI) 患者のサブセットは、抗生物質 (15%-30%) または糞便微生物叢移植 (FMT) (<10%) の治療失敗を経験します。したがって、追加の治療的介入の開発は非常に重要です。 再発におけるC.ディフィシル バイオフィルムの役割は不明です。しかし、他の生物のバイオフィルムは慢性疾患や再発性疾患の原因であり、これは再発性CDIにも当てはまる可能性があることを示唆しています。 我々は、C. difficile のバイオフィルムが貴重な治療標的であると仮定しています。ここで紹介するプロトコールの目標は、確立された C.ディフィシル バイオフィルムに対して活性を持つ再配置可能な化合物を同定するためのバイオフィルム形成アッセイを適応させることです。このプロトコルは、バイオフィルムを形成するための堅牢で再現性のあるアッセイを改良し、それを代謝アッセイに結合し、創薬に適用します。このプロトコルでは、バイオフィルム形成アッセイ、バイオマスおよび代謝活性の読み出し、薬物感受性試験、リポジショニングライブラリーの薬物スクリーニング、および代表的な結果について概説しています。

概要

クロストリジオイデス・ディフィシルは、毒素を産生することによりヒトの胃腸(GI)管に深刻な損傷を与えることができる胞子形成性の嫌気性細菌性病原体です。C. difficile は、年間約 50 万人の症例に関与しており、~30,000 人が死亡しています (CDC, 2015)。C. ディフィシル感染症 (CDI) の治療は、すでに逼迫している医療制度 (~48 億ドル) に多大なコストを追加します1,2,3。最もリスクが高いのは、免疫抑制、抗生物質への曝露、および/または高齢者であり、すべての人口は米国および世界中で大幅に拡大し続けています4,5,6,7。

C.ディフィシルは、宿主の消化管微生物叢の状態に大きく依存するため、抗生物質治療はCDIの主要な素因です。C.ディフィシルの抗....

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プロトコル

1. バイオフィルムアッセイのための細胞調製

注意: クロストリジオイデス・ディフィシル はヒトの病原体であり、BSL-2の封じ込めが必要です。

注:この研究に使用された胞子は、タフツ大学医学部のキャロル・クマモト博士から入手しました。C. difficile胞子ストックは、前述の43,44,45と同様に調製した。その後、胞子を10 μLの容量としてPCRチューブに分注し、プレートをストリーキングします。実験に必要なすべての培地とリン酸緩衝生理食塩水(PBS)は、使用の24時間前に嫌気性チャンバーで事前に還元する必要があります。これは、チャンバー内のメディアまたはPBSを含むボトルのキャップを緩めることによって達成されます。

  1. 嫌気性チャンバー内で0.1%(w / v)タウロコール酸と0.1%(w / v)L-システイン(BHIS)を補充したBrain Heart Infusion寒天培地を、できれば一晩または少なくとも3時間、完全に減少させるために事前に減らします。.嫌気性チャ....

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結果

上記のプロトコルの目的は、 C. difficileの確立されたバイオフィルムに対して活性を持つ再配置可能な化合物を同定するための薬物スクリーニングプラットフォームとして、96ウェルプレートバイオフィルム形成モデルを適応させ、検証することです。異なる細胞密度(104、105、106、および107 細胞/mL)がバイオフィルム形成に及ぼす影響を決定し、バイオフィルム形成を前述の48と同様にクリスタルバイオレット染色によって定量した。これらの研究の結果は、 C. difficile 630 Δerm (実験室適応株)によるバイオフィルム形成が、すべての開始細胞密度間で同等であったことを示唆しています。これらの研究には、1 x 107 細胞/mLの細胞密度を選択しました。

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ディスカッション

C. difficile バイオフィルムの形成とそれが疾患で果たす役割はよくわかっていません。最近の発見は、疾患の再発におけるバイオフィルムの役割を示唆しています28,34。バイオフィルムの形成は重要な病原性因子であり、黄色ブドウ球菌や緑膿菌によって引き起こされるものなどの細菌感染症では、バイオフィルムは再発と慢性症状の鍵であり26,27、これがCDIにも当てはまる可能性があることを示唆しています。したがって、C. diff.......

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開示事項

著者には開示すべき対立はありません。

謝辞

J.A.R.が研究とプロトコールをデザインし、原稿を書きました。A.S.とP.Z.が実験を行い、プロトコルの改良に貢献しました。この研究は、テキサス大学サンアントニオ校(UTSA)からJARへのスタートアップ資金によって支援され、A.S.はUTSA MARCプログラム(T34GM145507)によって支援されました。著者は、Global Health Priority Boxライブラリを提供してくれたMedicines for Malaria Venture(MMV、スイス)に感謝します。

....

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
酢酸 SAF-CT ACS 500MLフィッシャーサイエンティフィA38S500
寒天細菌学 GR 1KGフィッシャーサイエンティフィックAC443570010
BioTek Synergy H1 プレートリーダーフィッシャーサイエンティBTH1MG
ボトル酵母エキス 500GフィッシャーサイエンティフィDF0127179
脳心臓注入ブロスフィッシャーサイエンティフィックCM1135R
クリスタルバイオレット USP グレード 100GVWR97061-850バイオマスアッセイ用バイオフィルム染色用
CytoOne 96 ウェル TC プレート、平底、透明、個人包装、蓋付き、50/ケースUSA ScientificCC7682-7596
D-(+)-グルコース、無水フィッシャーサイエンティフィ50712744
分子生物学用ジメチルスルホキシド (DMSO)ミリポアシグマD8418-250ML
フィダキソマイシン 250MGフィッシャー サイエンティフィックAC468312500
L-システイン 98+% 1KGフィッシャー サイエンティフィAAA104350BC. ディフィシル メディア用
メタノール 99.8 アクロソール 1LTフィッシャー サイエンティフィAC364390010
メトロニダゾール、99% 5GRフィッシャー サイエンティフィックAC210340050
リン酸緩衝生理食塩水(PBS) 10XFisher ScientificBP3991
PrestoBlue Cell Viability ReagentFisher ScientificA13262
SILVERSEAL OPAQUE ADHES 100/CSFisher Scientific7000379保存前に母と娘の薬剤プレートを密封するために使用されます
タウロコール酸ナトリウム 100MG VWR100291-598
バンコマイシンフィッシャー科学BP29581
ック フィック ック ック ック ック

参考文献

  1. Dubberke, E. R., Olsen, M. A. Burden of Clostridium difficile on the healthcare system. Clin Infect Dis. 55 (Suppl 2), S88-S92 (2012).
  2. Lessa, F. C., et al. Burden of Clostridium difficile infection in the United States. N Engl J Med. 372 (9), 825-834 (2015)....

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