본 프로토콜은 생쥐의 질 내에 Candida albicans와 Streptococcus agalactiae를 공동 정착시키는 방법을 상세히 설명합니다. 이 방법은 다균성 상호작용, 숙주-미생물 상호작용 및 이들 유기체에 대한 숙주의 반응을 연구하는 데 활용될 수 있습니다.
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방법 논문
본 프로토콜은 생쥐의 질 내에 Candida albicans와 Streptococcus agalactiae를 공동 정착시키는 방법을 상세히 설명합니다. 이 방법은 다균성 상호작용, 숙주-미생물 상호작용 및 이들 유기체에 대한 숙주의 반응을 연구하는 데 활용될 수 있습니다.
인체의 질 내에서는 다양한 미생물이 분리되며, 이 환경에 서식하는 많은 유기체는 공생 상태와 병원성 상태 사이를 전환할 수 있습니다. 군집 구성과 숙주 환경을 포함한 여러 요인이 질환의 결과에 영향을 미치지만, 이러한 결과를 결정하는 메커니즘은 아직 충분히 밝혀지지 않았습니다. 본 논문에서 우리는 서로 다른 계(kingdom) 간의 상호작용과 이에 대한 숙주 반응을 조사하기 위한 마우스 모델을 설명합니다. 칸디다 알비칸스(Candida albicans) 및 Streptococcus agalactiae (B그룹) 스트렙토코커스, GBS), 여성 생식기(FGT)에 정착하는 병원성 공생균(pathobionts)입니다. 최근의 증거들은 다음을 시사합니다. C. albicans GBS의 빈번한 공동 분리로 인해 정착(colonization)은 GBS 보균의 위험 요인이 됩니다. 임신 중 GBS 정착은 부정적인 결과로 이어질 수 있습니다. 융모양막염 및 사산을 포함하여. GBS는 태아에게도 전염될 수 있습니다. 자궁 내 또는 출산 중 신생아에게 전달되며, 이는 신생아 수막염의 주요 원인이 됩니다. 질강의 군락 형성(Colonization)은 GBS 질환의 결정적인 전구 단계이며, 이 환경은 수많은 선택적 압력을 가하는데, 그 중 일부는 다음에 의해 영향을 받을 수 있습니다. C. albicans 정착. 본 프로토콜은 동시 정착 모델을 기술한다. C. albicans항생제 치료 및 17 단일 투여를 이용한 GBS 질 내 공동정착β-estradiol를 사용하여 구축함 C. albicans 정착시킨 후, 항생제를 제거하고 GBS를 접종합니다. 실험 과정 동안 질강 내 미생물 부하량은 세척액을 통해 정량화하며, 여성 생식기 전체의 부하량은 질, 자궁경부 및 자궁을 적출하여 균질화한 후 평판 도말법으로 정량화합니다. 이 방법을 통해 직접 및 간접적인 다균종 상호작용이 이 두 미생물의 생존 방식과 병원성, 그리고 여성 생식기 내 호스트 면역 환경에 영향을 미치는 기전을 조사할 수 있습니다.
Streptococcus agalactiae (B군 Streptococcus, GBS)는 위장관 및 질강을 포함한 여러 다종 미생물 서식지를 군락화하는 그람 양성 세균성 병원공생균입니다. 질 내 군락화는 일반적으로 무증상이나, 임신 중에는 GBS가 질강에서 자궁으로 상행하여 손상되지 않은 막을 통과함으로써 양수와 태반의 감염을 일으킬 수 있습니다. 따라서 이는 불량한 임신 결과, 태아 감염 및 신생아 질환의 주요 위험 요인이 됩니다1,2. 신생아 침습성 감염의 주요 원인균으로서, 전파 및 감염 위험에 영향을 미치는 요인들을 규명하는 것이 매우 중요합니다. 분만 중 항생제 예방요법은 수직 전파와 신생아의 조기 발병 GBS 질환을 감소시킬 수 있지만3,4, 이는 항생제 내성률 증가 및 산전 또는 생애 초기 항생제 투여와 관련된 잠재적인 장기적 영향과 연관되어 왔습니다5,6,7,8. 이러한 요인들로 인해 더욱 표적화된 예방 및 치료적 개입법의 개발이 필요합니다.
최근의 증거들은 마이크로바이옴의 구성과 다종 미생물 간의 상호작용이 항상성에 영향을 미치며 질병 발생 가능성에 관여한다는 것을 보여주었습니다9. 인간의 질 마이크로바이옴에서 GBS의 우점은 Lactobacillus 풍부도의 감소와 관련이 있으며, 종 및 균주 특이적 상호작용이 관찰되었는데 이는 in vitro 및 in vivo 정착에 다양한 영향을 줄 수 있습니다10,11. 이전에 본 연구진은 GBS 적응도의 숙주 및 세균 상관관계를 연구하기 위해 GBS 질 정착 마우스 모델을 개발하였습니다12. 이 모델은 마우스에 17β-estradiol을 단회 투여한 후, 다음 날 GBS를 질 내로 접종하는 방식으로 진행됩니다. 이 모델은 정착 유지 및 여성 생식기(FGT) 조직 침투에 있어 GBS 표면 단백질, 조절 신호 네트워크 및 독소 분비의 중요성을 규명하는 데 활용되어 왔습니다. 또한, GBS가 질 내에서 Akkermansia muciniphila 및 Enterococcus faecalis를 포함한 다른 박테리아와 복잡한 상호작용을 한다는 것을 발견하였으며13,14,15, 이를 통해 인접 미생물의 존재가 GBS의 생활 방식과 지속성에 어떻게 영향을 미치는지 입증하였습니다.
기존 모델이 박테리아 간의 상호작용 연구에 맞게 조정되었으나, 다른 미생물을 연구하기 위해서는 추가적인 수정이 필요했습니다. 곰팡이는 질 내 마이크로바이옴에서 연구가 부족한 구성 요소이며, 본 연구에서 제시하는 모델을 통해 곰팡이의 군락 형성 및 곰팡이-박테리아 상호작용을 in vivo로 연구할 수 있는 도구를 개발하고자 했습니다. 인간 질 경로에서 가장 흔하게 분리되는 곰팡이는 Candida albicans로, 대상자의 70% 이상에서 군락을 형성합니다16. C. albicans는 다형성을 가지며, 형태 발생을 통해 출아 효모와 균사형 형태 사이를 전환할 수 있습니다. 균사 형성은 뚜렷한 유전자 발현 레퍼토리와 관련이 있습니다17,18. 최근 이러한 균사 특이적 유전자 중 일부가 다종 미생물 군락 형성 환경에서 적응도 이점을 제공한다는 보고가 있었습니다19,20,21.
여러 연구에서 ~의 공동 분리를 보고해 왔습니다. C. albicans 및 인간 질 스왑 내의 GBS를 분석하였으며, 본 연구팀은 최근 C. albicans에 의해 집락화된 개인이 GBS 보균율이 유의미하게 더 높다는 것을 발견하였습니다.22우리는 ~를 개발하였습니다. 생체 내(in vivo) 공생 진균, 박테리아 및 숙주 사이의 삼자 상호작용을 연구하기 위한 시스템. 일반 마우스 모델을 이용한 진균 연구에서는 박테리아에 의한 정착 저항성을 극복하고 지속적인 정착을 유도하기 위해 일반적으로 항생제 처리가 필요하다.23GBS의 정착 능력을 저해하지 않으면서 이를 달성하기 위해, 마우스에 항생제 칵테일을 투여한 후 다음을 접종합니다. C. albicans또한, 군락 형성이 이루어진 후에는 항생제 노출을 제거하여 이후에 GBS가 군락을 형성할 수 있도록 합니다. 이는 다음 두 가지 모두가 가능하도록 최적화되었습니다. C. albicans 또한 GBS는 유사한 수준의 양으로 유사한 시기에 질강 내에 군집을 형성하며, 이를 통해 질강 내에서 직접적인 상호작용이 일어날 수 있게 합니다. 본 프로토콜에서는 항생제로 마우스를 전처리하고 17을 전달하는 방법을 설명합니다.β에스트라디올(estradiol)을 투여하고, 진균과 세균 모두의 군락 형성을 유도한 후, 후속 분석을 위해 세척액 및 조직 샘플을 수집합니다.
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본 원고에 제시된 동물 실험은 University of Colorado Anschutz의 Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC)의 승인을 받았으며, 프로토콜 #00316에 따라 수행되었습니다. 아래의 타임라인에서 0일은 S. agalactiae 접종일을 의미합니다.
1. 접종 전 항생제를 투여합니다.
2. 마우스 발정 주기 동기화 (day -3).
3. 마우스에 C. albicans를 접종합니다 (day -2).
4. 음용수를 교체합니다 (day -1).
5. 질강 내 C. albicans 균량 측정 (day -1).
6. 마우스에 S. agalactiae를 접종합니다(0일차).
7. 질강 내 C. albicans 및 S. agalactiae 부하량 정량화(1일 차부터 시작).
8. 여성 생식기 조직 내 C. albicans 및 S. agalactiae 균량 정량화(실험 종료점).
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GBS 및 C. albicans의 질 내 정착 특성을 분석하기 위해, 마우스의 질 내에 C. albicans 균주 SC5314 또는 PBS 대조군을 접종한 후, GBS 균주 COH1을 접종하였습니다. 이 균주는 신생아 침습성 질환 및 뇌수막염과 가장 빈번하게 연관된 고병원성 캡슐 혈청형 III, 시퀀스 타입 17 분리균을 대표합니다1. 접종 1일 후 GBS가 정착되지 않은 마우스는 분석에서 제외되었습니다. 4일간의 실험 기간 동안 GBS만 정착된 마우스는 질 내강에서 GBS를 점진적으로 제거합니다. 반면, C. albicans가 공동 정착된 마우스의 대부분은 높은 GBS 수치를 유지합니다(Figure 1A,B). C. albicans 또한 제거되기 전까지 약 4일 동안 마우스 질 내강에 정착합니다(Fig...
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GBS의 질 내 정착은 모체-태아 및 신생아의 건강에 심각한 위험을 초래합니다. 정착 결정 요인을 이해하고 예방 치료제를 개발하기 위해서는 In vivo 모델이 필수적입니다. 본 원고에서는 마우스의 질 내에 GBS와 C. albicans를 공동 정착시키고, 질강 및 여성 생식기(FGT) 내의 미생물 부하를 평가하며, 이후의 하위 분석을 위해 관련 조직을 수집하는 마우스 모델을 설명합니다. 이 모델은 다균성 질 내 정착 환경에서 진균-세균 및 숙주-미생물 간의 상호작용을 연구하기 위해 개발되었습니다. 저희 연구팀은 이 모델을 활용하여 C. albicans가 GBS의 질 내 정착 및 상행성 감염을 촉진하는 기전을 규명하였습니다22.
동물 모델은 숙주-미생물 상호작용을 이해하는 데 성공적으로 활용되어 왔으나, 이러한 모델에 다종 미생물 군집을 통합하는 것은 몇 가지 독특한 어려움을 야기할 수 있...
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저자들은 보고할 이해관계 상충이 없습니다.
시설 관리자와 헌신적인 비바리움 직원들을 포함하여 콜로라도 대학교 안슈츠(University of Colorado Anschutz)의 실험동물자원실(Office of Laboratory Animal Resources)에 감사드립니다. 본 연구는 K.S.D.에게 제공된 NIH 연구비 R01AI153332 및 R21AI188719의 지원을 받아 수행되었습니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 0.22 µm 필터 | Sigma-Aldrich | SLGSR33SB | |
| 0.45 µm 필터 | Sigma-Aldrich | SLHAR33SB | |
| 1 mL 루어 락 시린지 | McKesson | 16-S1C | |
| 1.0 mm 지르코니아 비드 | Research Products International | 9835 | |
| 10 mL 루어 락 시린지 | McKesson | 16-S10C | |
| 17β-estradiol | Sigma-Aldrich | E8875 | 주의: 17β-estradiol은 피부 및 점막 표면을 통해 흡수될 수 있습니다. 적절한 개인 보호 장구(PPE)를 착용하고 사용 시 주의하십시오. |
| 18G 1.5" 바늘 | BD | 305196 | |
| 2 mL 스크류 캡 튜브 | Fisher Scientific | 02-681-374 | |
| 26G 0.5" 바늘 | McKesson | 16-N2605 | |
| 한천(Agar) | Alpha Biosciences | A01-102 | |
| 암피실린(Ampicillin) | Research Products International | A40040 | |
| CHROMagar Candida | CHROMagar | CA222 | |
| CHROMagar StrepB | CHROMagar | SB282 | |
| 젠타마이신(Gentamycin) | VWR Life Science | 0304 | |
| 네오마이신(Neomycin) | Research Products International | N20040 | |
| 인산완충생리식염수(Phosphate-buffered saline) | Fisher Scientific | BP2944 | |
| 참기름(Sesame oil) | Sigma-Aldrich | S3547 | |
| Todd Hewitt 배지(Todd Hewitt Broth) | Research Products International | T47500 | |
| Yeast Peptone Dextrose 배지(Yeast Peptone Dextrose Broth) | BD | 242810 |
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