September 2nd, 2011
感染プロセス中に、重要なステップは、宿主細胞による病原体の付着です。ほとんどのインスタンスでこの接着ステップは、液体を流すことにより生成される機械的ストレスの存在下で発生します。私たちは、細菌の付着の研究において重要なパラメータとしてせん断応力を導入する手法を説明します。
このビデオでは、シアーストレスが細菌の付着に及ぼす影響を研究する手順を説明しています。nice sirium mensのような細菌性病原体に重篤に感染すると、病原体はそこで血流に到達し、増殖後の血液流による機械的ストレスを受けながら宿主細胞に付着してコロニーを形成し、一部の細菌は新しい部位を分離してコロニーを形成し、宿主細胞への細菌の接着に影響を与える因子を研究するサイクルが再び始まります。内皮細胞は、細胞が合流に達するように、使い捨てのフローチャンバーと培養に導入されます。
蛍光菌を添加し、純粋なストレスを実験的に制御します。シリンジポンプを使用して、細菌の宿主細胞への接着と増殖を顕微鏡で追跡します。得られたビデオを解析して、内皮のコロニー形成プロセスに対するせん断応力の影響を判断します。
この手順は、優れた髄膜炎の病因を研究するのに非常に役立ちますが、病因プロセス全体でせん断応力にさらされる他の細菌にも使用できます。この手法は、特にシステムにバブルを導入する場合、問題となる可能性がある場合、少し難しい場合があります。そこで今日、この手順を実演するのは、私の研究室で働く博士課程の学生です。
このビデオで紹介する実験は、長さ17mm、幅3.8mm、深さ0.4mmのチャンネルを6つ含む使い捨ての滅菌プラスチックスライドからなるIDIマイクロスライド6 0.4で培養した細胞を用いて行っています。各チャネルは、ルアーアダプタと2つのアクセスポートを有し、各端に1つずつ、uve細胞を導入するために、ピペット30マイクロリットルの1×10に6細胞懸濁液を各チャネルに導入する。スライド上で、細胞を37度で3時間接着させ、5%CO2の雰囲気の加湿インキュベーターにします。
インキュベーション後、さらに120マイクロリットルのendo SFMを追加します。ウェルを埋めるために、細胞は約20時間後にサブコンフルエント単層を形成する必要があります。その間、良好なシリウム髄膜炎をAPLに発現する縞GFPは、細菌がヒトの病原体です。
したがって、この微生物の操作は、ガウンと手袋を着用した訓練を受けた職員がいるレベル2のセキュリティ施設で実施する必要があり、使用される血清グループに対する職員のワクチン接種が推奨されます。これが株8 0 1 3です。発現GFPは、IPDG誘導性プロモーターストリークの制御下で培養されます。
ケロッグサプリメントと5マイクログラム/ミリリットルのクロラムフェニコールを含むGC BPL上の細菌を、摂氏37度の5%CO2インキュベーターで16時間。哺乳類細胞の培養が確立されると、チャネル内の宿主細胞に細菌が追加されます。フローアッセイの準備として、接種ループを使用して、ペトリ皿から細菌を採取し、それらを予温されたサプリメント内皮細胞培養物を含む50ミリリットルの円錐管に移します。
ミディアム遠藤SFM。光学濃度をOD 600の0.05に調整するには、同じ媒体でサンプルを最終容量5ミリリットルに希釈します。GFP発現を誘導するには、IPTGを最終濃度1ミリモルまで添加し、培養物を120分間インキュベートします。
加湿された摂氏37度の5%CO2インキュベーターで、穏やかに振とうします。試料温度を摂氏37度に維持するために加熱プラットフォームを備えた倒立顕微鏡のステージ上に、先に調製した培養内皮細胞を入ったマイクロスライドを置きます。2%FBSを添加した予温したendo SFMを滅菌ガラススピーカーに注ぎ、プランジャーを引いて50ミリリットルのシリンジを満たします。
エントリーチューブは3ウェイストップコックに接続されています。次に、エントリーチューブをシリンジに取り付け、プランジャーを押してチューブに媒体を充填します。エントリーチューブのもう一方の端を、付属の直角コネクタを使用してマイクロスライドに慎重に接続します。
チャンバー内に空気を入れないでください。シリンジをポンプに置き、カットした1ミリリットルのシリンジをストップコックの利用可能なスロットにリザーバーとして置きます。次に、出口チューブをチャネルのもう一方の端に取り付け、シリンジプランジャーをチャンバー出口から約1cmの距離まで押して、チャネルを慎重に媒体で満たします。
細菌OD600を測定し、0.15に調整し、前と同様に2%FBSを含む遠藤SFMは、サンプルを激しくボルテックスして細菌凝集体を破壊します。次に、使い捨てのプラスチック製牧草地ピペットを使用して、2%FBS培地をリザーバーに補充した100マイクロリットルのendos fmを移します。次に、渦溶液の上部から100マイクロリットルの細菌溶液を吸引し、それをリザーバーに加えます。
ストップコックを慎重に回し、マイクロスライドのチャンバーにバクテリアを注入して、制御された共有ストレスレベルの存在下で接着が進行できるようにします。2%FBSを含むendo SFMをシリンジポンプを使用してチャンバーに3.5ml/hで15分間導入します。このビデオは60倍加速されています。
実際の所要時間は 10 分です。このステップの後、さまざまな条件下での細菌の宿主細胞への接着と剥離は、ビデオの次のセクションで説明するように評価することもできます。宿主細胞への個々の細菌の初期接着を定量化するには、液体がまだ循環している状態で15分間の流れの後に画像の取得を開始し、10個のランダムフィールドの画像を取得して、画像化されたフィールドあたりの付着細菌の平均数を決定します。
まず、Image Dayソフトウェアを開き、分析する画像を開きます。まず、画像メニューをクリックして選択します。明るさのコントラストを調整します。
カーソルを動かして強度レベルを調整することにより、背景上に付着している個々の蛍光細菌の視覚化を最適化します。次に、プラグインで、セルカウンターメニューを分析します。セルカウンターツールを開き、画像を初期化し、オブジェクトを選択し、個々の細菌を入力してクリックします。
バクテリアの総数がウィンドウに表示されます。最後に、各画像のデータをExcelにエクスポートし、平均化してフィールドごとの付着細菌の平均数を定量化し、個々の付着細菌の流れに対する耐性を測定します。最初の15分間のフロープログラムの後、シリンジポンプは、1平方センチメートルあたり3〜100ダイムの範囲のせん断応力を5分間生成するように設定します。
5 分の終わりに、フローを停止し、前と同様に 10 個のランダム フィールドを取得して分析し、フィールドあたりの残りの細菌の平均数を決定します。最初の 15 分間の流れの後、シリンジポンプを選択したせん断応力に調整します。数時間流れさせ、5分ごとに1フレームの割合で画像を記録します。
理想的には、顕微鏡に電動XYプラットフォームが装備されている場合は、いくつかの位置を追うことができます。ビデオ顕微鏡検査の後、シリンジポンプをオフにして、純粋なストレスを止めます。すぐに2〜3枚の画像を追加取得し、ソフトウェアで画像取得シーケンスを停止します。
細菌の増殖の例はここで見ることができます。最後に、画像を分析するには、画像Jの画像調整しきい値メニューを使用して、画像をバイナリに変換します。次に、[分析]メニューの[測定の設定]で、面積測定を選択します。
次に、粒子の解析ツールを使用して、コロニーのサイズを自動的に決定します。この時点で流れが維持されているかどうかにかかわらず、5〜7時間後に細胞表面に大きなマイクロコロニーが形成されます。マイクロコロニーの流れに対する抵抗性を最初に測定するには、位相差によって両方の細胞の画像を取得し、GFP蛍光によって細菌の画像を取得します。
高いせん断応力を5分間加え、5秒ごとに1フレームで蛍光画像を撮影します。シリンジポンプをオフにして、せん断応力を停止します。さらに2〜3枚の画像を取得し、次にソフトウェアで画像取得シーケンスを停止して、プレーティングアッセイ用の培地を収集します。
まず、チャネルが空にならないように注意して、出口チューブを取り外します。ウェルを満たすために、予温された新鮮な培地を追加します。次に、エントリーチューブを取り外し、残りの媒体をマイクロピペットで収集し、マイクロ遠心チューブに移します チャネルから残りの媒体を取り除くには、チャネルにPBSに120マイクロリットルを追加してマイクロスライドを2回すすぎます。
スライドを2回傾けて、メディウムを捨てます。感染した細胞を採取するには、50マイクロリットルのトリプシンEDTAをマイクロスライドに加え、37度で5分間インキュベートしてチャネルから分離し、この分離したサンプルを前のステップで収集した懸濁液と混合します。PBSプレートで10マイクロリットルのフラクションをGCBアグリプレートに段階希釈した後、摂氏37度、5%CO2で一晩インキュベートしました。
翌日、マイクロコロニーからの細菌の剥離を評価するために、コロニー形成単位の数を決定します。30分後に前回と同様に低流量3.5ミリリットル/時でフローチャンバー内の細胞に感染させ、未結合の細菌を5ミリリットル/分に増やして2分間除去し、その後、1時間あたり3.5ミリリットルの低流量に戻して2時間感染を継続させます。その後、1時間ごとに、フローチャンバーから出てくる媒体の滴をマイクロ遠心チューブに4時間集めます。
すべてのサンプルが収集されたら、以前と同様にコロニー形成単位の数を決定します。これは、細胞表面への細菌の初期接着をグラフで表したものです。グラフ上の各線は、特定のフィールドに結合した細菌の累積数を時間の関数として表します。
3つのフィールドの値は、細胞表面での増殖後に予想されるフィールド間の変動のアイデアを与えるために示されています。マイクロコロニーの機械的耐性は、せん断応力レベルを1平方センチメートルあたり10ダインズに増加させることによってテストされましたが、タイプマイクロコロニーは耐性がありますが、ピルv変異体によって形成されたマイクロコロニーは流量増加によって破壊されます。この変異体は、マイクロコロニー下での原形質膜のリモデリングを誘導することができず、したがって、その開発後に増加するせん断応力に対してより高度に敏感である。
この技術は、感染症分野の他の研究者が、さまざまな病原体と異なる細胞タイプの相互作用に対するせん断応力の影響を調査する道を開きました。人間の病原体を扱うことは非常に危険である可能性があり、この手順を実行する際には、レベル2または3の対策などの予防措置を常に講じる必要があることを忘れないでください。
この研究は、感染中に細菌が宿主細胞に付着する際のせん断応力の影響を調べるための技術を提示します。この方法は、血流中の病原体が経験する機械的ストレスをシミュレートするためにフローチャンバーを使用します。
Understanding bacterial adhesion under physiological shear stress conditions is critical for de-risking anti-infective target validation and informing mechanistic studies of pathogen-host interactions. This method enables quantitative assessment of adhesion, proliferation, and detachment dynamics under controlled hemodynamic forces, supporting preclinical evaluation of virulence factors and therapeutic candidates. By simulating physiologically relevant shear stress ranges (0-100 dynes/cm²) observed in mucosal and vascular environments, the approach enhances predictive confidence in early discovery workflows targeting bacterial pathogenesis.
The method fits within the discovery continuum from target validation through lead optimization, particularly for anti-infective programs where hemodynamic forces influence pathogen behavior and drug efficacy.