Urineweginfecties (UTI) behoren tot de meest voorkomende bacteriële infecties bij de mens. Bijna de helft van alle vrouwen zal tijdens hun leven een symptomatische urineweginfectie ervaren1. Infecties beperkt tot de blaas kunnen aanleiding geven tot urinewegsymptomen zoals toename van de urinefrequentie, urgentie, hematurie, incontinentie en pijn. Wanneer de infectie opstijgt naar de bovenste urinewegen, ontwikkelen patiënten pyelonefritis, met malaise, koorts, koude rillingen en rugpijn. Bovendien lijdt tot 20% van de patiënten met urineweginfecties aan terugkerende infecties, wat resulteert in een dramatische afname van de gevoeligheid voor antibiotica2,3,4. In de afgelopen jaren is er een groeiende belangstelling voor nieuwe therapieën voor de behandeling en preventie van terugkerende urineweginfecties. Ondanks een beter begrip van de aangeboren en adaptieve immuniteit van de lagere urinewegen en van de bacteriële virulentiefactoren die nodig zijn voor invasie en kolonisatie, zijn er geen radicale veranderingen in het behandelingsregime vertaald naar de dagelijkse urologische praktijk2. Om UTI pathogenese en gevoeligheid in vivo te bestuderen,is een reproduceerbare en niet-invasieve test onmisbaar.
Er zijn meerdere dierlijke UTI-modellen beschreven, variërend van nematoden tot primaten, maar het muizenmodel wordt voornamelijk gebruikt5,6. Dit model bestaat uit transurethrale katheterisatie van (vrouwelijke) muizen en daaropvolgende instillatie van een bacteriële suspensie, meestal uropathogene Escherichia coli (UPEC), rechtstreeks in het blaaslumen7. Na inenting wordt de bacteriële belasting traditioneel gekwantificeerd door kolonievormende eenheden (CFU) te bepalen. Deze techniek vereist het offeren van dieren om postmortemorgaanhomogenaten en seriële verdunningen te verkrijgen, waardoor de gegevensuitvoer en reproduceerbaarheid worden beperkt. Bovendien is longitudinale follow-up van de bacteriële belasting bij individuele dieren niet mogelijk met deze techniek.
In 1995 suggereerden Contag etal. het gebruik van bioluminescent-gelabelde pathogenen om ziekteprocessen bij levende dieren te volgen8,9. Sindsdien is bioluminescentiebeeldvorming (BLI) toegepast op tal van infectiemodellen zoals meningitis, endocarditis, osteomyelitis, huid- en wekedeleninfecties, enz.10,11,12. In het murine UTI-model kan een UPEC-stam met de complete lux operon (luxCDABE) van Photorhabdus luminescens worden gebruikt13. Een enzymatische reactie wordt gekatalyseerd door het bacteriële luciferase dat afhankelijk is van de oxidatie van langeketenaldehyden die reageren met gereduceerd flavine mononucleotide in aanwezigheid van zuurstof, wat het geoxideerde flavine, een lange-keten vetzuur en lichtoplevert 12. Het lux operon codeert voor de luciferase en andere enzymen die nodig zijn voor de synthese van de substraten. Daarom zullen alle metabolisch actieve bacteriën continu blauwgroen (490 nm) licht uitzenden zonder dat de injectie van een exogene substraat nodig is12. Fotonen die worden uitgezonden door lux-gelabeldebacteriën kunnen worden vastgelegd met behulp van zeer gevoelige, gekoelde CCD-camera's (Charge Coupled Device).
Het gebruik van bioluminescente bacteriën in een model voor UTI maakt de longitudinale, niet-invasieve kwantificering van de bacteriële belasting mogelijk, waardoor de noodzaak om dieren op vaste tijdstippen op te offeren tijdens de follow-up voor CFU-bepaling wordt weggelaten. Ondanks het brede scala aan mogelijkheden, het verzamelen van bewijs voor de robuustheid van deze BLI-techniek op andere gebieden en de voordelen ervan ten opzichte van klassieke modellen van UTI, is het niet op grote schaal geïmplementeerd in het UTI-onderzoek. Het hier gepresenteerde protocol biedt een gedetailleerde stapsgewijze handleiding en belicht de voordelen van BLI voor al het toekomstige UTI-onderzoek.