Het doel van dit protocol is het kwantificeren van de productie van violaceïne door Chromobacterium violaceum ATCC 12472 als een proxy voor het beoordelen van quorum sensing-remming door bioactieve stoffen.
Methodenartikel
Het doel van dit protocol is het kwantificeren van de productie van violaceïne door Chromobacterium violaceum ATCC 12472 als een proxy voor het beoordelen van quorum sensing-remming door bioactieve stoffen.
Bacteriën communiceren via een systeem dat bekend staat als quorum sensing (QS), waardoor ze hun gedrag kunnen coördineren als reactie op veranderingen in celdichtheid. Dit proces omvat de productie, secretie en detectie van kleine extracellulaire signaalmoleculen, meestal auto-inductoren (AI) genoemd. QS reguleert een breed scala aan genen en functies, waaronder de vorming en verspreiding van biofilm, zwermmotiliteit, productie van virulentiefactoren, antibioticaresistentie en bioluminescentie. QS-remming is een veelbelovende antivirulentiestrategie geworden tegen antibioticaresistente bacteriën, omdat het een lagere selectiedruk uitoefent in vergelijking met traditionele antibiotica. In de bacterie Chromobacterium violaceum ATCC 12472 controleren de QS-eiwitten CviI/CviR, die homoloog zijn aan de LuxI/LuxR-type QS-eiwitten van Aliivibrio fisheri, veel genen, waaronder die welke verantwoordelijk zijn voor de productie van het paarse pigment violaceïne. C. violaceum is veel gebruikt als biosensorstam in QS-remmingsstudies, met name de remming van de productie van violaceïne. Veel verbindingen hebben het potentieel om QS te remmen door zich te binden aan QS-eiwitten, ofwel LuxI- of LuxR-homologen, waardoor QS-circuits worden verstoord. Dit protocol beschrijft de methode voor het kwantificeren van violaceïne geproduceerd door C. violaceum ATCC 12472 en de remming ervan door bioactieve stoffen in concentraties die de bacteriegroei niet beïnvloeden. De hier beschreven test toont een significante vermindering van de productie van violaceïne door de geteste verbindingen. Deze studie benadrukt het potentieel om dit protocol te gebruiken om veelbelovende kandidaten te screenen in QS-remmingsonderzoek.
Bacteriën kunnen communiceren via een systeem dat bekend staat als QS, dat een gecoördineerde modulatie van hun gedrag mogelijk maakt als reactie op veranderingen in de celdichtheid. Dit proces omvat de productie, secretie en detectie van kleine extracellulaire signaalmoleculen, ook wel auto-inductoren genoemd, die communicatie tussen verschillende soorten en binnen dezelfde soort mogelijk maken 1,2.
Deze communicatie is in staat om genen en functies te reguleren, zoals de vorming en dispersie van biofilm, beweeglijkheid en adhesie, celproliferatie, synthese van exo-enzymen en sideroforen, sporulatie, zuurresistentie, horizontale genoverdracht, antibioticaresistentie, bioluminescentie, productie van exopolysachariden, onder andere 3,4,5. Gezien de relevantie van QS-gereguleerde fenotypes, is er grote belangstelling voor het ontwikkelen van systemen die in staat zijn om deze cellulaire communicatie te verstoren. De remming van QS-signalering wordt ook wel quorum quenching (QQ)6 genoemd. QQ kan op verschillende manieren voorkomen, waaronder remmers van de synthese van auto-inductoren, enzymatische inactivatie van deze signalen en moleculen met een antagonistisch effect op deze moleculen 4,7.
De groeiende dreiging van antibioticaresistentie heeft geleid tot onderzoek naar alternatieve therapieën, waaronder quorum sensing-remmers (QSI's), die de bacteriële communicatie verstoren zonder ziekteverwekkers direct te doden. Deze verbindingen kunnen synergetische effecten vertonen in combinatie met antibiotica, waardoor de bacteriële gevoeligheid wordt verbeterd en lagere antibioticadoses mogelijk zijn, wat een belangrijke strategie is om de ontwikkeling van resistentie te vertragen. Resveratrol en kanamycine vertragen bijvoorbeeld samen de groei van Aeromonas hydrophila 8, terwijl N-acetylcysteïne synergetisch werkt met tobramycine om de biofilms van Pseudomonas aeruginosa te verstoren5.
Met overmatig gebruik van antibiotica en stagnerende ontwikkeling van geneesmiddelen, bieden antivirulentiebenaderingen zoals QS-remming een paradigmaverschuiving9. In plaats van zich te richten op levensvatbaarheid, richten ze zich op virulentiefactoren, waardoor bacteriën minder schadelijk en kwetsbaarder worden voor immuniteit van de gastheer of antibiotica5. Deze strategie legt een zwakkere selectiedruk op in vergelijking met traditionele antibiotica, waardoor resistentie wordt geminimaliseerd en de gunstige microbiota behouden blijft10,11. Ondanks veelbelovende laboratoriumresultaten blijft validatie in de echte wereld door middel van klinische proeven onderbelicht12. QS-remming is een veelbelovende aanvulling op antibiotica, maar de vertaling ervan naar de praktijk vereist verder bewijs van werkzaamheid en veiligheid in complexe biologische omgevingen.
C. violaceum is een bèta-proteobacterie die violette kolonies vormt met een glad en glanzend oppervlak. Het zijn facultatieve anaërobe bacillen en vormen geen sporen13. Het mechanisme van QS in C. violaceum omvat een positieve feedbacklus op basis van het gensysteem analoog aan het lux-model van Aliivibrio fisheri, dat de eiwitten CviI (homoloog aan LuxI) en CviR (homoloog aan LuxR) bevat; Figuur 1). Violaceïne vertoont biocide activiteit tegen verschillende organismen, waaronder schimmels, bacteriën, nematoden en virussen, vooral tijdens de microbiële stationaire groeifase, wanneer de bevolkingsdichtheid extreem hoog is en de voedingsstoffen bijna uitgeput zijn. Bijgevolg kan de productie van violaceïne worden beschouwd als een concurrerende strategie om het voortbestaan van de microbiële koloniete verlengen 14.
Planten produceren verbindingen die afkomstig zijn van het secundaire metabolisme, die een cruciale rol spelen bij het vergroten van hun vermogen om zich aan te passen aan ongunstige omgevingen. Deze metabolieten, zoals alkaloïden, fenolen, flavonoïden, chinonen, tannines, terpenen en lectines, worden algemeen erkend als afweermechanismen tegen herbivoren en micro-organismen15. Het potentieel van plantaardige verbindingen als QSI heeft speciale aandacht getrokken vanwege de dynamische interacties tussen planten en micro-organismen. Studies naar interacties tussen planten en pathogenen in de rhizosfeer hebben aangetoond dat planten kunnen reageren op bacteriële auto-inductoren door bioactieve stoffen af te scheiden die kunnen werken als remmers tegen ziekteverwekkers16.
In deze studie beschrijven we een praktische methode die gericht is op het kwantificeren van de productie van violaceïne door C. violaceum, met de nadruk op de remming ervan door bioactieve stoffen. Deze methode dient als een eerste screeningsinstrument voor het selecteren van verbindingen met potentiële QSI-activiteiten. Het biedt een snelle en praktische aanpak voor toekomstige therapeutische ontwikkeling tegen Gram-negatieve pathogene bacteriën. Dit gestandaardiseerde protocol zal nuttig zijn omdat het een gedetailleerde beschrijving geeft die in eerdere studies niet is gedaan en die in de toekomst een vergelijking tussen verschillende onderzoeken zal vergemakkelijken 17,18,19.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
1. Voorbereiding op de cultuur (figuur 2)
2. Samenstelling voorbereiding
3. Seriële verdunning20 en plaatvoorbereiding (figuur 3)
OPMERKING: Seriële verdunning wordt gebruikt voor het snel evalueren van een reeks concentraties van een geteste verbinding. In dit proces wordt de verbinding achtereenvolgens verdund in een constante verhouding, in dit geval 1:2. Elke verdunning vermindert de concentratie van de verbinding met de helft ten opzichte van de vorige concentratie, wat resulteert in een reeks afnemende concentraties20.
4. Incubatie en extractie van violaceïne
5. Kwantificering van de productie van violaceïne
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Voor de hier getoonde resultaten werden drie bioactieve stoffen gebruikt die eerder door onze onderzoeksgroep8 waren bestudeerd, resveratrol, farnesol en linalool. Elke verbinding werd getest op zijn vermogen om de productie van violaceïne te remmen in C. violaceum ATCC 12472, een fenotype dat wordt gereguleerd door het QS-systeem via het vioABCDE-operon 23.
De resultaten bevestigen de werkzaamh...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De eerste methode voor het extraheren en karakteriseren van violaceïne uit C. violaceum ontstond in de jaren 1990, gericht op het identificeren van geschikte koolstofbronnen voor pigmentsynthese. In dit proces werd violaceïne - samen met de cellen en het kweekmedium - gedroogd, opnieuw gesuspendeerd in ethanol en vervolgens gescheiden door extractie van supernatant. De violaceïne, nu opgelost in ethanol, werd vervolgens opnieuw gedroogd, wat een zuivere, droge vorm van het pigme...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs verklaren dat zij geen concurrerende financiële belangen hebben.
We willen de National Conseil for Scientific Development (CNPQ) bedanken via subsidies #403661/2023-4 en #444794/2024-7 en beurs #306685/2022-1, en de Sao Paulo Research Foundation (FAPESP) voor de subsidies #2024/05158-6 en 2023/17090-4 en de financiële steun aan het Food Research Center (FoRC) #2013/07914-8.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| DMSO | Synth | ||
| Farnesol | Sigma-Aldrich | F203 | 95% |
| Linalool | Sigma-Aldrich | L2602 | 97% |
| Luria-Bertani Medium | Difco | 244620 | |
| Optical Adhesive Film | Thermo Fisher | 4311971 | MicroAmp |
| Resveratrol | Sigma-Aldrich | R5010 | ≥99% (HPLC) |
| Synergy HTX multi-mode reader | Biotek | ||
| Tissue Culture Plates 96 well | Kasvi | K12-096 |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken
Toestemming aanvragen