Deze studie omvat werkwijzen effecten op een modelvis gastheer na verandering van de huid en darmen microbiome gemeenschappen compositie van een antibioticum onthullen.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Deze studie omvat werkwijzen effecten op een modelvis gastheer na verandering van de huid en darmen microbiome gemeenschappen compositie van een antibioticum onthullen.
De veelvuldige toepassing van antibiotica in de geneeskunde betekent dat het begrijpen van de resulterende gevolgen voor de gastheer van vitaal belang is. Antibiotica verminderen vaak de diversiteit van de microbioomgemeenschap van de gastheer en veranderen de samenstelling van de microbiële gemeenschap. Veel ziekten zoals antibiotica-geassocieerde enterocolitis, inflammatoire darmziekte en metabole stoornissen zijn gekoppeld aan een verstoord microbioom. De complexe wisselwerking tussen gastheer, microbioom en antibiotica vereist een hanteerbaar model voor het bestuderen van gastheer-microbioom interacties. Onze zoetwaterwerveldiervis dient als een nuttig model voor het onderzoeken van de universele aspecten van de structuur en functie van het mucosale microbioom, evenals het analyseren van gevolgde gastheerefecten door het veranderen van de microbiële gemeenschap. Methoden omvatten gastheeruitdagingen zoals infectie door een bekende vispathogeen, blootstelling aan fecale of bodemmicroben, osmotische stress, nitraattoxiciteit, groeianalyse en meting van darmmotiliteit. Deze technieken demonstreren een flexibel en nuttig modelsysteem voor snelle bepaling van gastheerfenotypen.
Er is vastgesteld dat antibiotica het menselijk microbiome leidt tot dysbiosis kunnen verstoren, wat betekent dat een microbiële gemeenschap onbalans. Compositionele veranderingen microbiota na antibiotica is aangetoond dat de diversiteit van de gemeenschap te verlagen, verlagen belangrijke leden, en veranderen door metabolisme, met name in de darm 1, 2. Antibioticum verstoring van de darm microbiome kan kolonisatieweerstand verminderen Clostridium difficile 3, 4 en 5 Salmonella.
Daarnaast is de verstoring van de microbiota in verband gebracht met de ontwikkeling van vele syndromen en ziekten bij mensen (bijvoorbeeld met antibiotica geassocieerde enterocolitis, ontstekingsdarmziekte, stofwisselingsziekten, enz.). Antibiotica worden ook op grote schaal toegepast in de landbouw als groeibevorderaar invee en pluimvee productie 6. Het gebruik van deze krachtige instrumenten niet zonder neveneffecten, die blijkt uit de snelle opkomst van antibioticaresistentie, evenals de effecten van een verstoorde microbiome heeft met bewoonde gastheer. Vele studies hebben aangetoond dat breed-spectrum antibiotica heeft langdurige gevolgen voor de structuur en functie van de microbiota, maar de bijwerkingen van een antibioticum verstoord microbiome invloed ontvangende fysiologie alleen beschouwingen die nog moeten worden ondersteund.
Het samenspel tussen de gastheer, microbiota, en antibiotica is nog lang niet begrepen in een bondige wijze. Een eenvoudig en soepel model voordelig om licht te werpen op de zeer complexe zoogdiersysteem. Mucosale oppervlakken bij mensen, zoals de darm, haven de hoogste dichtheid en diversiteit van microben, en ook de meest intieme microbe-gastheer interacties. De mucosale huid microbiome vis aanbiedingen several voordelen als een modelsysteem. De Teleostei (beenvissen) is één van de eerste lijnen divergeren in de zin dat teleosten vertebraten zowel aangeboren en verworven immuunsystemen die samen geëvolueerd relatie commensale bacteriële 7. Vissenhuid deelt vele eigenschappen met type 1 mucosale oppervlakken van zoogdieren, zoals fysiologische functies, immuniteit componenten en een opstelling van slijm producerende cellen 8. De externe locatie van de vis huid slijmvliesoppervlak biedt een microbiome makkelijk te manipuleren en experimenteel monster.
De Westerse mosquitofish, Gambusia affinis (G. affinis), is een model vis die is gebruikt in het verleden voor het bestuderen van de paring en toxicologie 9, 10, 11. Gezien de geringe omvang, de bevolking overvloed in het wild als een invasieve soort, m inimal zorg kosten en winterharde de natuur, hebben we G. Affinis ontwikkeld als een mucosale microbiome model. Verder Gambusia delen de fysiologie van de bevalling jong met levendbarende zoogdieren, dat is ongewoon in vissoorten te leven. We voltooiden de meest uitgebreide studie op het moment van vissenhuid normale microbiota met behulp van 16S profileren met Gambusia 12. Verdere werkzaamheden aangetoond drie negatieve effecten op de host na verstoring van de huid en de darmflora met behulp van een breed-spectrum antibioticum 13.
Vijf verschillende effecten werden in de vis volgende antibiotica blootstelling onderzocht. De meest gevestigde gastheer voordeel van de microbiome concurrerend uitsluiting van pathogenen. De vis ziekteverwekker Edwardsiella ictaluri is bekend dat uitbraken van enterische bloedvergiftiging veroorzaken commerciële meerval landbouwbedrijven 14. E. ictaluri is ook aangetoond dat dodelijk infecteren zebravisclass = "xref"> 15, 16 en 17 Gambusia. Een probleem met dit pathogeen uit de waterkolom kan dienen als een maat voor uitsluiting. Als vergelijking gevoeligheid voor individuele pathogeen, werd overleving bij blootstelling aan een hoge dichtheid van gemengde organismen ook uitgevoerd. Uitwerpselen en organisch-rijke bodem werden gebruikt als veelvoorkomende bronnen van microbiële gemeenschappen.
Een andere gevestigde rol van de bacteriële darm gemeenschap voert is voedingsstoffen verwerken en energie oogsten, hetgeen van invloed van de algemene nutritionele opname voor de gastheer. Als een grove meting van de voeding, werd vis lichaamsgewicht vergeleken vóór en na een maand van te worden gevoed met een standaard dieet. Antibiotica behandeld vis als een gemiddelde verloren gewicht, terwijl de controle vis gemiddeld gewicht gekregen over de maand. Het mechanisme voor dit gebrek aan gewichtstoename onduidelijk. Een mogelijke factor is transittijd van voedsel in de darm. Een GI motiliteit methode werd aangepast van de zebravis (Adam Rich, SUNY Brockport, persoonlijke communicatie) om de doorvoer te bepalen. Het is nog niet vastgesteld of antibiotica behandeld vissen hebben een veranderde transittijd.
Een gemeenschappelijke uitdaging in de natuurlijke omgeving ervaren door alle organismen, met name vissen, is osmotische stress. Gambusia bleken zich snel aanpassen aan acuut benadrukt in hoge concentraties zoutgehalte 18. Verrassend, vissen met een antibioticum veranderd microbiome tentoongesteld verlaagd overleven op een hoog zout stress. Het mechanisme voor dit nieuwe fenotype wordt onderzocht. Een andere veel voorkomende op aquatische dieren, met name in aquaria, is giftig vormen van stikstof (ammoniak, nitraat en nitriet). Survival nitraat was niet significant verschillend tussen antibiotica behandelde en controle vis. De in dit manuscript werkwijzen kunnen worden gebruikt met Gambusia of soortgelijke vis modelorganismen, zoals zebravis en medaka, om fenotypen in de vis volgende experimentele manipulatie te meten.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Alle dierproeven werden uitgevoerd in het kader van de goedkeuring van IACUC protocollen, genummerd 14-05-05-1018-3-01, 13-04-29-1018-3-01 en 14-04-17-1018-3-01.
1. Dierlijke Collection, Handling, en ethische zorg
2. De eerste antibiotica blootstelling voor alle experimenten
3. Microbiome Extraction
4. Besmetting Model Voorbereiding en Bath van een specifiek Pathogeen
5. polymicrobiologische Challenge met Uitwerpselen & Soil
6. osmotische stress Challenge
7. Nitraat toxiciteit Challenge
8. De groei analyse van geïndividualiseerd of gegroepeerde Fish
9. Gut Transit Time
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Een algemeen schema van het experimentele systeem om vis ontvangende effecten van antibiotica blootstelling 13 studie is weergegeven in figuur 1A en omvat de techniek voor het extraheren van de huid (Figuur 1B) en dierlijke (figuur 1C) microbiomes uit de vis. Drie dagen werd geselecteerd als het antibioticum periode van blootstelling omdat eerdere gegevens blijkt dat, terwijl de totale huid kweekbare aantal in het...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Sommige uitdagingen vereisen een rustperiode in schone APW na behandeling met antibiotica voor de drug te worden uitgeput in vis weefsels. Indien de rusttijd wordt overgeslagen dan antibioticum aanwezig kan verwarren de resultaten, vooral wanneer de bepaling omvat blootstelling aan bacteriën. Om de effecten van een veranderde microbiome samenstelling zonder grote veranderingen in het aantal microben op de host, voorlopige experimenten controle microbiome samenstelling (16S profiling of volledige genoomsequenties) en bev...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dit project werd gedeeltelijk gefinancierd door een FAST (Faculty and Student Team) Award aan TPP en JMC van EURECA (Centrum voor het verbeteren van onderzoekservaringen en creatieve activiteiten voor bachelorstudenten) aan de Sam Houston State University.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Rifampicin | Calbiochem | 557303-1GM | |
| Natriumnitraat | Sigma Aldrich | S5506 | |
| Fluoresceïne-gelabeld 70 kDa anionisch dextran | ThermoFisher Scientific | D1823 | |
| Fosfaat-gebufferde zoutoplossing (PBS) tabletten | Calbiochem | 6500-OP | tabletten oplossen in water om PBS te maken |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.