Veel klinisch relevante Gram-negatieve pathogenen zoals Yersinia, Vibrio, Escherichia, Pseudomonas en Shigella coderen voor het type III secretiesysteem (T3SS) om effectoreiwitten in gastheercellen te injecteren1. In veel bacteriesoorten staat de T3SS onder strikte regelgevende controle2. Translocatie van Yersinia T3SS-effectoreiwitten naar doelgastheercellen is bijvoorbeeld van cruciaal belang om de afweermechanismen van de gastheer te ondermijnen en bacteriële kolonisatie van gastheerweefsels mogelijk te maken. De activiteit van Yersinia T3SS is echter metabolisch belastend en kan herkenning door immuunreceptoren van de gastheer veroorzaken3. Dienovereenkomstig regelen regulatoren die specifieke omgevingssignalen waarnemen de expressie van T3SS-genen in veel bacteriesoorten. Aangezien pathogenen zoals Yersinia tijdens hun infectiecyclus veranderingen in de omgeving ervaren die van invloed zijn op de expressie van kritische virulentiefactoren, is het belangrijk om laboratoriumomstandigheden te ontwikkelen die opvallende kenmerken nabootsen van gastheerniches die worden bezet door bacteriële pathogenen. In het bijzonder verschillen zuurstofspanning en beschikbaarheid van ijzer tussen verschillende weefselplaatsen op een spatiotemporele manier en beïnvloeden ze de expressie van virulentiegenen zoals de T3SS 4,5,6. Daarom is het doel van deze methode om te beoordelen hoe zuurstof en ijzer de expressie van de Yersinia T3SS beïnvloeden. Dit zal inzicht geven in de dynamiek van de gastheer-pathogeen interactie.
De hier beschreven methode beschrijft hoe Yersinia pseudotuberculose aëroob en anaëroob kan worden gekweekt, en hoe Yersinia-ijzervoorraden kunnen worden uitgeput tijdens aërobe of anaërobe groei. Er zijn hier een paar belangrijke overwegingen met betrekking tot het succesvol kweken van bacteriën onder deze variabele omstandigheden. Ten eerste vereist anaërobe kweek extra glucosesuppletie, een wijziging die wordt vermeld in het mediarecept. Ten tweede, aangezien Y. pseudotuberculosis gebruik maakt van sideroforen en andere ijzeropnamesystemen die ijzer robuust uit de omgeving kunnen opruimen, wordt speciale aandacht besteed aan het waarborgen dat de kweekmedia en het laboratoriumglaswerk zo vrij mogelijk zijn van ijzer7. Eerdere studies hebben ijzerchelatoren zoals dipyridyl gebruikt om ijzer uit rijke bacterieculturen te halen om ijzerhonger na tebootsen 8,9. Het uitputten van de ijzervoorraden van Yersinia om ijzergebrek te veroorzaken, vereist echter de verwijdering van achtergebleven ijzer in glaswerk en media, evenals een langdurige groei in afwezigheid van ijzer. Dit protocol beschrijft hoe glaswerk en chelaatmedia met zuur moeten worden gewassen om achtergebleven ijzer te verwijderen, naast het kweken van de bacteriën gedurende meerdere generaties om een grondige ijzerhonger te garanderen. IJzerhonger kan worden gegarandeerd door relatieve transcriptieniveaus van goed gekarakteriseerde ijzerresponsieve genen onder verschillende omstandigheden te meten, zoals hier wordt aangetoond met yfeA en bfd.
Het hoogtepunt van dit protocol laat zien hoe uitgescheiden T3SS-effectoreiwitten van elk van deze aandoeningen kunnen worden neergeslagen door het kweeksupernatans te behandelen met trichloorazijnzuur (TCA) en uitgescheiden eiwitten te visualiseren via SDS-PAGE. Ten slotte wordt de relatieve T3SS-activiteit beoordeeld door uitgescheiden eiwitten te visualiseren via zilverkleuring en door relatieve niveaus van T3SS-effectoreiwitten te kwantificeren, ook wel Yersinia-buiteneiwitten (Yops)10 genoemd.
T3SS-activiteitstesten maken over het algemeen gebruik van specifieke antilichamen om T3SS-effectoreiwitniveaus in het kweeksupernatant te detecteren. Antilichamen tegen westerse blotting voor T3SS-effectoreiwitten zijn echter vaak niet in de handel verkrijgbaar. Daarom is er speciale aandacht besteed om ervoor te zorgen dat de uiteindelijke visualisatie van T3SS-activiteit in deze methode geen specifieke antilichamen vereist, maar in plaats daarvan gebruik kan maken van zilverkleuring, waardoor alle uitgescheiden eiwitten kunnen worden gevisualiseerd. Hoewel deze methode specifiek op maat is gemaakt en geoptimaliseerd voor Y. pseudotuberculosis, kan deze worden aangepast aan andere bacteriesoorten, hoewel de exacte mediaomstandigheden en incubatietijden zullen variëren.