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Research Article
Marco Cafora1,2, Francesca Forti3, Federica Briani3, Daniela Ghisotti3, Anna Pistocchi2
1Dipartimento di Scienze Cliniche e Comunità,Università degli Studi di Milano, 2Dipartimento di Biotecnologie Mediche e Medicina Traslazionale,Università degli Studi di Milano, LITA, 3Dipartimento di Bioscienze,Università degli Studi di Milano
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
여기에 제출된 것은 낭포성 섬유증(CF) 제브라피시 배아에서 슈도모나스 아에루기노사 감염 및 파지 치료 응용 프로그램에 대한 프로토콜이다.
항균 저항, 진단 불확실성및 항균 과처방의 주요 결과, 우리 사회와 건강 시스템에 큰 영향을 미치는 전 세계적으로 심각한 감염, 합병증 및 사망의 점점 인식되는 원인입니다. 특히, 면역 체계가 손상되거나 낭포성 섬유증(CF)과 같은 기존 및 만성 병리를 가진 환자는 다약물 내성 분리물의 출현 및 확산으로 감염을 제어하는 빈번한 항생제 치료를 받게 된다. 따라서 세균 감염에 대처하기 위한 대체 요법을 해결해야 할 긴급한 필요성이 있습니다. 박테리아의 자연적인 적인 박테리오파지의 사용은 가능한 해결책이 될 수 있습니다. 이 작품에 자세히 설명 된 프로토콜은 CF 제브라피시 배아에서 슈도모나스 아에루기노사 감염에 대한 파지 치료의 적용을 설명합니다. Zebrafish 배아는 CF 배아에서 치사성, 세균성 부담 및 염증성 면역 반응을 감소시키기 때문에 파지 치료가 P. aeruginosa 감염에 효과적이라는 것을 증명하기 위해 P. aeruginosa에 감염되었습니다.
파지 요법은 세균 감염과 싸우기 위해 박테리아의 자연적인 적의 사용으로 항생제에 대한 세균 저항이 널리 퍼지면서 새로운 관심을 얻고 있다1,,2. 동유럽에서 수십 년 동안 사용되는 이 치료법은 CF 를 사용한 환자에서 폐 감염을 경화시키는 항생제에 대한 보완적 치료법으로 간주될 수 있으며 현재 사용 중인 모든 항생제에 내성이 있는 박테리아에 감염된 환자에 대한 가능한 치료 대안으로 간주될 수 있다2,,3. 항생제 치료의 장점은 세균세포가 감염 부위에서 증식하는 반면 항생제는 대사되고4신체4,5에서제거된다는 것이다. 실제로, 다른 실험실에서 분리된 악성 파지의 칵테일의 투여는 곤충과 포유류6,67,7,8과다른 동물 모델의 슈도모나스 아루기노사 감염을 치료하는 데 효과적인 것으로 입증되었습니다. 파지 요법은 또한 P. aeruginosa 및 Escherichia 대장균에 감염된 화상 상처에 있는 세균성 부담을 감소시킬 수 있는 것으로 나타났다 9 무작위 임상 시험9.
Zebrafish(Danio rerio)는최근 P. aeruginosa10,,11, Mycobacterium 농양 및 버콜데리아 세파시아,12,13을포함하여 여러 병원균으로 감염을 연구하는 귀중한 모델로 부상했습니다. 배아 혈액 순환에 직접 박테리아를 마이크로 주입함으로써제브라피시 선천적 면역 계통에 의해 상쇄되는 전신 감염을 확립하기 쉬우며, 이는 인간과 유사한 호중구 및 대식세포 생성과 함께 진화적으로 보존된다. 더욱이, 생활의 첫번째 달 도중, 제브라피시 태아는 적응성 면역 반응이 결여되어, 인간 폐 감염에 있는 중요한 방어 기계장치인 선천적인 면역을 공부하기 위한 이상적인 모형을 만들기(15). Zebrafish는 최근에 CF 개시를 더 잘 이해하고 새로운 약리학적 치료를 개발하기 위해 강력한 유전 모델 시스템으로 등장10,,16,,17. 제브라피시에서 모르폴리노 주입으로 생성된, CFTR 노크다운CF제브라시 모델은 호흡 버스트 반응과 호중구 이동감소(10)를제시했으며, cftr 녹아웃은 내부 장기 위치및 외신 췌장의 파괴로 이어지며, 인간 질환을 반영하는 표현형인 외신 췌장의 파괴로 이어진다.1617 가장 큰 관심사는 P. aeruginosa 세균성 부담이 마우스와 인간 기관지 상피 세포2,,18로얻은 결과를 평행하게 하는 8시간 후 감염(hpi)에서 대조군에서 보다 cftr-손실-기능배아에서 현저히 높았다는 것을 발견하였다.
이 작품에서, 우리는 파지 치료가 제브라피시 배아에 있는 P. aeruginosa 감염에 대하여 효과적이다는 것을 보여줍니다.
AB 균주(유럽 제브라피시 자원 센터 EZRC)의 성인 제브라피쉬(Daniorerio)는국제(EU 지침 2010/63/EU) 및 국가 지침(2014년 3월4일, n.26)에 따라 과학적 목적으로 사용되는 동물의 보호에 따라 유지됩니다. 표준 조건은 28 ° C에서 빛 / 10 h 어두운 주기와 탱크 수온의 14 h와 물고기 시설에서 설정됩니다.
1. 솔루션 및 도구 준비
2. P. 아에루기노사 (PAO1) 접종 준비
3. 파지 재고 준비
4. 파지 칵테일 준비
5. cftr morpholinos 미세 주입을위한 제브라피시 배아의 수집 및 준비
참고: cftr 모르폴리노스(cftr-MOs) 미세 주입을cftr위해 야생형 제브라피시로부터 1-2세포 배아를 수집합니다.
6. 박테리아와 파지 칵테일을 곁들인 제브라피시 배아의 미세 주입
참고: 전신 감염을 수행하기 위해 배아는 일반적으로 26 hpf 후에 시작되는 혈액 순환이 있어야합니다.
7. PAO1 및 파지주입된 배아의 세균 부담 평가
8. PAO1 및 파지로 주입된 배아의 치사성 평가
9. GFP+ PAO1 감염의 스테레오 현미경 경과 이미징을위한 배아 준비
10. 프로 염증 성 사이토카인의 표현 분석
여기에 제시된 결과 및 수치는이전에 설명된 바와 같이 cftr 모르폴리노스의 주입을 통해 생성된 CF 배아를 참조하고 5단계에서. CF 표현형을 검증하기 위해, 이전에 설명된바와 같이 심장, 간 및 췌장과 같은 내부 장기의 손상된 위치(도1)가고려되었다. 이전간행물(19)에보고된 바와 같이 WT 배아의 경우 유사한 결과를 얻었다.
PAO1에 감염된 CF 배아에서 파지 요법에 의해 세균부담이 감소하였다. 더욱이, 15개의 배아의 군을 균질화시킴으로써 8마피에서 세균부담을 평가하였다: PAO1 감염배아에 존재하는 박테리아(cfu/embryo)의 평균 수는 파지 투여 후 약 20%로 감소하여 파지 칵테일의 존재시보다 덜 심각한 감염을 확인하였다(도2).
치사성은 GFP+ 박테리아 PAO1에 감염된 CF 배아에서 파지 치료에 의해 감소되었다. 48hpf에서 CF 제브라피쉬 배아는 20마피(30cfu/embryo, 도 3A)이후50%의 치사성을 유발하는 용량으로 PAO1 균주의 GFP+ 박테리아를 주입하였다.+ 주사부위는 전신 감염을 일으키기 위해 노른자 또는 쿠비에르덕트였다. PAO1 감염에 대한 파지 치료는 동등하게 혼합 된 파지 칵테일 (300-500 pfu / 배아)의 2 nL을 주입하여 테스트하였다. 주사는 두 개의 다른 시간 지점에서 수행되었다: 30 분 (초기) 및 7 시간 (늦은) 세균 주사 후. 두 경우 모두, 치사도가 20마력으로 감소하여 파지 치료가 효과적이라는 것을나타낸다(도 3B).
실시간 이미징을 통해 형광 성 입체 현미경을 사용하여 GFP+ PAO1로 주입된 CF 배아의 감염 진행을 따르고 노른자 낭에 형광균의 확산을 줄이는 파지 요법의 효능을 보여주었습니다. CF+PAO1 주입배아는 4, 9, 14 및 18마피에서 GFP+ 박테리아 곱셈을 도 4의상부에 나타내고, 반면, 박테리아에 대한 파지 작용으로 인해 형광이 감소된 CF+PAO1+파지 배아(도4)에나타난다.
파지 요법은 CF 배아에서 PAO1 감염에 의해 생성 된 염증 반응을 감소. 우리는 또한 PAO1 및 PAO1 + 파지 주입에 의해 생성 된 면역 반응을 8 hpi에서 평가했습니다. 예상대로, qPCR 기술에 의해 분석된 프로 염증성 사이토카인 TNF-a 및 IL-1β의 발현은 파오1 주입 후 대조군에 비해 현저히 증가하였고, 파지 칵테일(그림5A,B)의공동 주입으로 감소하였다.

그림 1: cftr morpholinos(cftr-MOs)주입시 CF 배아의 생성 및 검증. (A)CF에서 심장의 위치 및 루핑장애는 야생형(WT) 배아에 비해 배아를 주입하였다. 심혼은 시투 혼성화 기술에 의해 cmlc2 발현으로시각화된다. (B) WT. 간 및 췌장에 비해 CF 배아의 간(arrows) 및 췌장의 손상된 위치는 시투 혼성화 기술에 의해 prox1a 발현으로 시각화된다. 스케일 바는 100 μm을 나타냅니다. 리브: 간; p : 췌장. 그림은19에서재인쇄되어 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: PAO1 또는 PAO1+파지에 감염된 CF 배아의 세균 부담.. PAO1+파지 대 PAO1 배아의 cfu/배아의 상대적 비율이 주어집니다. 3개의 독립적인 실험의 평균 및 SD는 보고됩니다. 그림은19에서재인쇄됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3: PAO1에 감염된 CF 제브라피시 배아와 PAO1+파지의 치사성. (A)1세포 단계(CF 배아)에서 cftr-MO로마이크로주입된 48hpf 제브라피쉬 배아에서 LD50을 측정하고, 48hpf에서 감염되어 파오1 배양의 배양(cfu/embryo)을 함유하고 있다. 배아의 치사성은 20마치에서 관찰되었다. (B)48hpf에서 PAO1에 감염된 CF 배아의 20마피에서 치사성(PAO1+ Φ)으로치료하였다. 보고된 평균 및 SD는 각각 25-40개의 배아를 가진 6그리고 4개의 실험에서, 각각입니다. 각 변환은 치사율의 비율에 적용되었고 단방향 ANOVA가 던컨의 테스트를 사용했습니다. 그림은19에서재인쇄됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4: 제브라피시 파지 요법의 효능을 이미징합니다. PAO1 주사 (상부 배아) 다음 CF 배아에서 감염의 진행 및 PAO1 +파지 주입 배아 (바닥 배아) 4, 9, 14 및 18 hpi. 스케일 바는 100미크론을 나타냅니다. 그림은19에서재인쇄됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 5: PAO1 및 PAO+파지 투여에 따른 프로 및 항염증성 사이토카인의 발현. 48hpf에서 PAO1 및 PAO1+Φ로 주입된 CF 배아에서 8hpi에서 RT-qPCR에 의해 측정된 TNF-a(A) 및 IL-1β 유전자의 발현 수준은 rpl8의발현을 이용하여 정규화된다. 4개의 실험의 평균 및 SD는 보고됩니다. 통계적 유의성은 ANOVA에 의해 평가되었고, 덩컨의 테스트는 TNF-a(CF) 대 (CF+PAO1) p = 0.015*; (CF) vs (CF+PAO1+Φ) p = 0.019*; (CF+PAO1) vs (CF+PAO1+ Φ) p = 0.77 n.s.; IL-1β (CF) 대 (CF + PAO1) p = 0.00014 ***; (CF) vs (CF+PAO1+ Φ) p = 0.00068***; (CF+PAO1) vs (CF+PAO1+ Φ) p = 0.031*. 그림은19에서재인쇄됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| 솔루션 | 준비 |
| 마취 육수 용액 25X | 4 증류 H2O에서 트리카인의 mg / mL. |
| 마취 작업 솔루션 1X | 증류H2O 트리카인 재고 용액 25X에 희석하여 증류된H2O의 1X 농도(0.16 mg/mL) 트리카인에 도달할 수 있습니다. |
| CsCl d=1.3 | 50mL TN20.49 g |
| CsCl d=1.4 | 50mL TN20.28 g |
| CsCl d=1.5 | 50mL TN에서 34.13 g |
| CsCl d=1.6 | TN 50mL에서 41.2 g |
| 제브라피시 배아용 E3 배아 배지 | 1 L 1of E3 (증류 H2O로50배 재고를 희석) + 0.05% 메틸 블루의 200 μl. RT에 저장합니다. |
| E3 배아 중형 스톡 솔루션(50X) | 73.0 g NaCl, 3.15 g KCl, 9.15 g CaCl2, 9.95 g MgSO4 5 L 에서 증류 H2O. RT. |
| LB 한천 | 트립톤 10g/L, 효모 추출물 5g, 나Cl 5g, 10g/L 한천 |
| LB 국물 | 1L: 950mL H2O, 트립톤 10g, NaCl 10g, 효모 추출물 5g |
| PBST | PBS 1X + 트리톤 X 1% |
| 생리적 용액 | 0.9% NaCl |
| 착색 차단 스톡 솔루션 10배 | 얼룩말 피시 배아를 위한 E3 배아 배지에서 0.3 mg/mL 페닐 티오레아(PTU) 분말 |
| Pronase 스톡 솔루션 5X | 제브라피시 배아용 E3 배아 배지에 5 mg/mL pronase 분말 |
| TN 버퍼 | 10mM 트라이스 HCl pH 8.0, 150m MM NaCl |
표 1: 솔루션 준비.
| 유전자 이름 | 프라이머 시퀀스 |
| TNF 알파 Fw | 5'-TGCTTCACGCTCCATAAGACC-3' |
| TNFalpha 레브 | 5'-CAAGCCACCTGAAAAAAAG-3' |
| IL1 베타 Fw | 5'-TGGACTTCGCAGCACAAATG-3' |
| IL1 베타 레브 | 5'-CGTTCACTTCACTCCTGGATG-3' |
| rpl8 Fw | 5'-CTCCGTCTTCAAAGCCCAT-3' |
| rpl8 레브 | 5'-TCCTTCACGATCCTTGAT-3' |
표 2: RT-qPCR에 사용되는 프라이머.
저자는 공개 할 것이 없습니다.
여기에 제출된 것은 낭포성 섬유증(CF) 제브라피시 배아에서 슈도모나스 아에루기노사 감염 및 파지 치료 응용 프로그램에 대한 프로토콜이다.
이 작품은 이탈리아 낭포성 섬유증 재단 (FFC #22/2017)에 의해 지원되었다; 아소시아지오네 "글리 아미치 델라 리티" 카스키고와 FFC #23/2019; 피우 온루스 라 마노 테사 온루스에서 Un respiro).
| Bacto Agar | ,BD | 214010 | |
| 염화칼슘 | ,시그마 -알드리치 | 10043-52-4 | |
| CsCl | ,시그마 - 알드리치 | 289329 | |
| 둘베코의 인산 완충 식염수 PBS | 시그마 - 알드리치 | D8537 | |
| 에틸 3- 아미노 벤조 에이트 메탄 설포 네이 | 트 시그마 -알드리치 | 886-86-2 | 일반 이름 : 트리카인 |
| Femtojet Micromanipulator | Eppendorf | 5247 | |
| Fleming/brown P-97 | Sutter Instrument Company | P-97 | |
| LE-Agarose | Sigma-Aldrich | 11685660001 | |
| 저용융 아가로스 | 시그마-알드리치 | CAS 9012-36-6 | |
| 황산마그네슘 | 시그마-알드리치 | 7487-88-9 | |
| 메틸 블루 | 시그마 알드리치 | 28983-56-4 | |
| 미세 주사 바늘 | 하버드 장치 | ||
| N-Phenylthiourea > = 98% | Aldrich-P7629 | 103-85-5 | |
| 연구원이 설계한 | 올리고 모르폴리노 | 유전자 도구 | |
| PEG6000 | Calbiochem | 528877 | |
| 페놀 레드 솔루션 | 시그마-알드리치 | CAS 143-74-B | |
| 염화칼 | 륨Sigma-Aldrich | 7447-40-7 | |
| Pronase | Sigma-Aldrich | 9036-06-0 | |
| 염화나트륨 ACS 시약, ≥ 99.0% | Sigma-Aldrich | S9888 | |
| 실체현미경 | Leica | S9I | |
| Tris HCl | Sigma-Aldrich | T5941 | |
| Triton x | Sigma-Aldrich | T9284 | |
| 트립톤 | 옥소이 | 드 LP0042B | |
| 효모 추출물 | Oxoid | LP0021B | |
| Z-MOLDS Microinjection | Word 정밀 기기 |