September 2nd, 2011
감염 과정에서 핵심적인 단계는 호스트 세포로 병원균의 접착합니다. 대부분의 경우에서는이 유착 단계는 액체를 흐르는 의해 생성된 기계적 응력의 존재에 발생합니다. 우리는 세균 유착의 연구에 중요한 매개 변수로 전단 응력을 소개하는 기술을 설명합니다.
이 비디오는 순전한 스트레스가 박테리아 접착력에 미치는 영향을 연구하는 절차를 보여줍니다. 니스 시리움 멘스(nice sirium mens)와 같은 세균성 병원체에 심각한 감염이 발생하는 동안, 병원체는 그곳의 혈류에 도달하고, 증식 후 흐르는 혈액으로 인한 기계적 스트레스를 받으면서 숙주 세포에 부착하고 군체화하며, 일부 박테리아는 새로운 부위를 분리하고 군집화하며, 숙주 세포에 대한 세균 부착에 영향을 미치는 요인을 연구하기 위한 주기가 다시 시작됩니다. 내피 세포는 일회용 유동 챔버에 도입되어 세포가 합류에 도달할 수 있도록 배양합니다.
형광 박테리아가 추가되고 순전한 스트레스가 실험적으로 제어됩니다. 주사기 펌프를 사용하여 박테리아가 숙주 세포와 증식하는 것을 현미경으로 관찰합니다. 결과 비디오는 내피 집락화 과정에 대한 전단 응력의 영향을 결정하기 위해 분석됩니다.
이 절차는 좋은 수막염의 발병 기전을 연구하는 데 매우 유용할 수 있지만 발병 과정 전반에 걸쳐 전단 응력을 받는 다른 박테리아에도 사용할 수 있습니다. 이 기술은 시스템에 거품을 도입할 때 특히 약간 까다로울 수 있으며 이는 문제가 될 수 있습니다. 그래서 오늘 그 절차를 시연하는 것은 제 연구실에서 일하는 박사 과정 학생인 메가가 될 것입니다.
이 비디오에 설명된 실험은 0.4mm 깊이의 17mm 길이와 3.8mm 너비의 채널 6개를 포함하는 일회용 멸균 플라스틱 슬라이드로 구성된 IDI 마이크로 슬라이드 6개의 0.4 슬라이드에서 배양된 세포를 사용하여 수행됩니다. 각 채널에는 루어 어댑터가 있는 두 개의 액세스 포트가 있으며, 각 끝에 하나씩 uve 셀을 도입하기 위해 30마이크로리터의 1 곱하기 10에서 6개의 셀 현탁액을 각 채널에 피펫으로 주입합니다. 슬라이드에서 세포가 37도에서 3시간 동안 부착되도록 하고 5%CO2 대기의 가습 인큐베이터를 사용합니다.
배양 후 120마이크로리터의 엔도 SFM을 추가로 추가합니다. 웰을 채우려면 세포가 약 20시간 후에 하위 합류 단층을 형성해야 합니다. 그 동안에, APLs에 좋은 sirium 수막염을 발현하는 줄무늬 GFP, 박테리아는 인간적인 병원체이다.
따라서 이 미생물의 모든 조작은 가운과 장갑을 착용한 훈련된 직원이 있는 2단계 보안 시설에서 수행해야 하며, 사용된 혈청 그룹에 대한 직원의 예방 접종이 권장됩니다. 다음은 변형률 8 0 1 3입니다. GFP를 발현하는 것은 IPDG 유도성 프로모터 줄무늬(promoter strak)의 제어 하에 배양됩니다.
켈로그 보충제와 클로람페니콜 밀리리터당 5마이크로그램을 함유한 GC BPL의 박테리아는 섭씨 37도의 5%CO2 인큐베이터에서 16시간 동안 투여합니다. 포유류 세포 배양이 확립되면 박테리아가 채널의 숙주 세포에 추가됩니다. 유동 분석을 준비하기 위해 접종 루프를 사용하여 페트리 접시에서 박테리아를 수집하여 예열되고 보충된 내피 세포 배양이 포함된 50ml 원추형 튜브로 옮깁니다.
중간 엔도 SFM. 동일한 매체의 샘플을 최종 부피 5ml로 희석하여 광학 밀도를 OD 600 0.05로 조정합니다. GFP 발현을 유도하기 위해 IPTG를 최종 농도인 1밀리몰에 첨가하고 배양액을 120분 동안 배양합니다.
섭씨 37도의 가습 5%CO2 인큐베이터에서 부드럽게 흔듭니다. 시료 온도를 섭씨 37도로 유지하기 위해 가열된 플랫폼이 장착된 도립 현미경의 스테이지에 미리 준비된 배양된 내피 세포가 있는 마이크로 슬라이드를 놓습니다. 2%FBS가 보충된 예열 엔도 SFM을 멸균 유리 스피커에 붓고 플런저를 당겨 50ml 주사기를 채웁니다.
엔트리 튜빙은 3방향 스톱 콕에 연결됩니다. 다음으로, 입구 튜브를 주사기에 부착하고 플런저를 눌러 튜브를 매체로 채웁니다. 제공된 직각 커넥터를 사용하여 엔트리 튜브의 다른 쪽 끝을 마이크로 슬라이드에 조심스럽게 연결합니다.
챔버 내부로 공기를 유입하지 마십시오. 펌프에 주사기를 놓은 다음 스톱 콕의 사용 가능한 슬롯에 1밀리리터 주사기를 잘라 저장소로 놓습니다. 그런 다음 출구 튜브를 채널의 다른 쪽 끝에 부착하고 챔버 출구에서 약 1cm 거리까지 주사기 플런저를 밀어 채널을 매체로 조심스럽게 채웁니다.
박테리아 OD 600을 측정하고 0.15로 조정하고 이전과 같이 2%FBS를 포함하는 SFM을 엔도 샘플을 격렬하게 소용돌이하여 박테리아 응집체를 파괴합니다. 다음으로, 일회용 플라스틱 목초지 피펫을 사용하여 100%FBS 배지가 보충된 2마이크로리터의 엔도스 fm을 저장소로 옮깁니다. 그런 다음 와류 용액 상단에서 100마이크로리터의 박테리아 용액을 흡인하고 저장소에 추가합니다.
조심스럽게 스톱콕을 돌리고 박테리아를 마이크로 슬라이드의 챔버에 주입하여 제어된 공유 응력 수준이 있는 상태에서 접착이 진행될 수 있도록 합니다. 주사기 펌프를 사용하여 시간당 3.5밀리리터의 주사기 펌프를 사용하여 15분 동안 2%FBS가 포함된 엔도 SFM을 챔버에 주입합니다. 이 비디오는 60배 가속됩니다.
실제 소요 시간은 10분입니다. 이 단계 후, 다양한 조건에서 숙주 세포에 대한 박테리아의 접착 및 분리를 평가할 수 있을 뿐만 아니라 비디오의 다음 섹션에서 설명할 수 있습니다. 숙주 세포에 대한 개별 박테리아의 초기 부착을 정량화하기 위해, 액체가 아직 순환하는 동안 15분 동안 흐른 후 이미지 획득을 시작하고, 10개의 무작위 필드의 이미지를 획득하여 이미징된 필드당 부착 박테리아의 평균 수를 결정합니다.
먼저 이미지 데이 소프트웨어를 열고 분석할 이미지를 엽니다. 이미지 메뉴를 클릭하고 선택하여 시작하십시오. 밝기 대비를 조정합니다.
커서를 움직여 강도 수준을 조정하여 배경에 부착된 개별 형광 박테리아의 시각화를 최적화합니다. 그런 다음 플러그인에서 셀 카운터 메뉴를 분석합니다. 세포 계수기 도구를 열고, 이미지를 초기화하고, 개체를 선택하고, 입력하고, 각 개별 박테리아를 클릭합니다.
창에 총 박테리아 수가 나타납니다. 마지막으로, 각 이미지에 대한 데이터를 Excel로 내보내고 평균을 내어 필드당 부착 박테리아의 평균 수를 정량화하여 개별 부착 박테리아의 유동 저항성을 측정합니다. 초기 15분의 유량 프로그램 후, 주사기 펌프는 5분 동안 제곱센티미터당 3-100다임 범위의 전단 응력을 생성하도록 설정되었습니다.
5분이 지나면 흐름을 중지하고 이전과 같이 10개의 무작위 필드를 획득 및 분석하여 필드당 남아 있는 박테리아의 평균 수를 확인합니다. 처음 15분간의 흐름에 따라 실린지 펌프를 선택한 전단 응력으로 조정합니다. 몇 시간 동안 흐르도록 하여 5분마다 한 프레임의 속도로 이미지를 기록합니다.
이상적으로는 현미경에 전동 XY 플랫폼이 장착된 경우 여러 위치를 따를 수 있습니다. 비디오 현미경 검사 후에는 주사기 펌프를 꺼서 스트레스를 줄이십시오. 즉시 2-3개의 추가 이미지를 획득한 다음 소프트웨어에서 이미지 획득 시퀀스를 중지합니다.
박테리아 증식의 예는 여기에서 볼 수 있습니다. 마지막으로 이미지를 분석하려면 이미지 J의 이미지 조정 임계값 메뉴를 사용하여 이미지를 바이너리로 변환합니다. 그런 다음 측정 설정 아래의 분석 메뉴에서 면적 측정을 선택합니다.
그런 다음 입자 분석 도구를 사용하여 군체의 크기를 자동으로 결정합니다. 큰 마이크로 콜로니는 이 시점에서 흐름이 유지되는지 여부에 관계없이 5-7시간 후에 세포 표면에 형성됩니다. 먼저 흐름에 대한 마이크로 콜로니 저항성을 측정하려면 위상 대비에 의한 두 세포와 GFP 형광에 의한 박테리아의 이미지 2-3개를 획득합니다.
5분 동안 높은 전단 응력을 가하고 5초마다 한 프레임씩 형광 이미지를 촬영합니다. 실린지 펌프를 꺼서 전단 응력을 멈춥니다. 2-3개의 추가 이미지를 획득한 다음 도금 분석을 위한 배지를 수집하기 위해 소프트웨어에서 이미지 획득 시퀀스를 중지합니다.
먼저 채널을 비우지 않도록 주의하면서 출구 튜브를 제거합니다. 우물을 채우기 위해 예열 된 신선한 매체를 추가하십시오. 그런 다음 입구 튜브를 제거하고 마이크로 피펫으로 나머지 매체를 수집하고 마이크로 원심분리기 튜브로 옮깁니다.채널에서 남아 있는 매체를 제거하려면 채널에 PBS에 120마이크로리터를 추가하여 마이크로 슬라이드를 두 번 헹굽니다.
슬라이드를 두 번 기울이고 매체를 버립니다. 감염된 세포를 수집하기 위해 50마이크로리터의 트립신 EDTA를 마이크로 슬라이드에 추가하고 37도에서 5분 동안 배양하여 채널에서 분리하고 이 분리된 샘플을 이전 단계에서 수집한 현탁액과 혼합합니다. PBS 플레이트에서 10마이크로리터 분획을 GCB 농업 플레이트에 연속 희석한 후 하룻밤 사이에 섭씨 37도, 5%CO2를 삼중 배양했습니다.
다음 날에는 마이크로 군집체로부터의 박테리아 분리를 평가하기 위해 군집 형성 단위의 수를 결정합니다. 이전과 같이 30분 후 시간당 3.5밀리리터의 저유량으로 플로우 챔버의 세포를 감염시키고, 2분 동안 유량을 분당 5밀리리터로 증가시켜 결합되지 않은 박테리아를 제거한 다음 시간당 3.5밀리리터의 저유량으로 돌아가 2시간 동안 감염이 계속되도록 합니다. 그런 다음 매 시간마다 마이크로 원심분리기 튜브의 흐름 챔버에서 나오는 매체 한 방울을 4시간 동안 수집합니다.
모든 샘플이 수집되면 이전과 같이 집락 형성 단위의 수를 결정합니다. 이것은 세포 표면에 박테리아의 초기 부착을 그래픽으로 표현한 것입니다. 그래프의 각 선은 주어진 필드에 결합된 박테리아의 누적 수를 시간 함수로 나타냅니다.
3개의 field에 대한 값은 세포 표면에서 증식 후 예상되는 field to field 변화에 대한 아이디어를 제공하기 위해 표시됩니다. 마이크로 콜로니의 기계적 저항은 전단 응력 수준을 평방 센티미터당 10 딘으로 증가시켜 테스트되었지만, 유형 마이크로 콜로니는 저항성이 있는 반면 알약 v 돌연변이에 의해 형성된 마이크로 콜로니는 흐름 증가에 의해 중단됩니다. 이 돌연변이는 마이크로 콜로니 아래에서 원형질막의 리모델링을 유도하지 못하므로 발달 후 전단 응력 증가에 더 민감합니다.
이 기술은 감염병 분야의 다른 연구자들이 서로 다른 세포 유형을 가진 다양한 병원체의 상호 작용에 대한 전단 응력의 영향을 탐구할 수 있는 길을 열었습니다. 인간 병원체와 함께 작업하는 것은 매우 위험할 수 있으며 이 절차를 수행하는 동안 항상 레벨 2 또는 3과 같은 예방 조치를 취해야 한다는 것을 잊지 마십시오.
이 연구는 감염 중 병원균이 혈류에서 경험하는 기계적 응력을 시뮬레이션하기 위해 유동 챔버를 사용하여 전단 응력이 숙주 세포에 대한 박테리아 부착에 미치는 영향을 조사하는 기술을 제시합니다.
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.