Het is bekend dat de darmmicrobiota een belangrijke rol speelt in de gezondheid en ziekte van de gastheer, met darmmicrobiële dysbiose, oftewel een overgroei van bepaalde potentieel pathogene bacteriën (pathobionten), die worden herkend als kenmerkend voor verschillende ziektevormen, waaronder hart- en vaatziekten, inflammatoire darmziekten (IBD) en kanker1. pks+ Escherichia coli is een pathobiont die verrijkt is met colonweefselmonsters van patiënten met IBD2 en colorectale kanker (CRC)3 in vergelijking met gezonde personen. De pro-tumorigene activiteit van pks+ E. coli is gekoppeld aan de expressie van het polyketidesynthase (pks) gencluster en de productie van het genotoxine colibactine4. Colibactine transloceert naar de kern van colon-epitheelcellen, wat leidt tot de vorming van dubbelstrengs DNA-breuken5 en mutaties in belangrijke CRC-geassocieerde routes6. Kolonisatie van pks+ E. coli is aangetoond dat deze bijdraagt aan tumorinitiatie7 en tumorprogressie3 in preklinische modellen van colitis-geassocieerde CRC (CAC). Recentelijk is colibactine-geïnduceerde mutagenese geassocieerd met vroeg-aanvang CRC 8,9. De incidentie van vroeg beginnende CRC, die voorkomt bij mensen jonger dan 50 jaar, is de afgelopen decennia toegenomen, met de mogelijkheid om de huidige algemene daling van CRC-percentages9 te keren.
De rol van pks+ E. coli in de ontwikkeling van CRC, evenals in andere door microbiota gemedieerde aspecten van de gezondheid van de gastheer, wordt nog steeds verduidelijkt. Daarnaast is aangetoond dat verschillende factoren de expressie van PKS-genen beïnvloeden, waaronder ontsteking10, luminale ijzerconcentraties11 en dieetfactoren12,13, wat de deur opent voor microbiotagerichte interventies. Hier wordt een methode beschreven voor pks+ E. coli darmkolonisatie via orale gavage bij muizen met een muisstam van pks+ E. coli-stam NC101 (E. coli NC101). Andere modellen hebben de effecten van E. coli NC101 op ontsteking en carcinogenese beoordeeld bij kiemvrije (GF) muizen die monogekoloniseerd zijn door orale gavage en rectaal uitstrijken3, in genetisch vatbare (IL-10-//-) modellen van colitis 3,14, en in chemisch geïnduceerde modellen van colonontsteking en verstoring van darmbarrières15. Echter, kosteneffectieve kolonisatie met pks+ E. coli kan ook worden verkregen onder niet-inflammatoire omstandigheden bij specifiek-pathogene-vrije (SPF) muizen die vooraf met antibiotica zijn behandeld, om een niche te creëren voor kolonisatie en uitbreiding 14,16,17. Verschillende methoden voor de detectie en kwantificatie van pks+ E. coli in muizenuitwerpselen worden ook gepresenteerd, waaronder kwantitatieve PCR (qPCR) amplificatie van het clbP-gen, qPCR-beoordeling van de abundantie van de familie Enterobacteriaceae, en het terugvinden van kolonievormende eenheden (CFU's) op MacConkey agarmedia specifiek voor gramnegatieve lactose-fermenterende bacteriën. Deze methoden kunnen door elkaar worden gebruikt of samen om de aanwezigheid van pks+ E. coli en de productie van colibactine te bevestigen voor validatiedoeleinden of om verschillen in pks+ E. coli-uitbreiding te beoordelen als reactie op microbiota-gerichte interventies.
Hier wordt dit protocol gebruikt om het effect van de voedingsvezelinuline op pks+ E. coli-kolonisatie en -uitbreiding door qPCR en herstel van CFU's te beoordelen. Inuline is een prebioticum waarvan is aangetoond dat het de groei van gunstige Bifidobacterium- en Lactobacillus-soorten in de darmen bevordert, evenals de productie van kortketenvetzuren, die een belangrijke rol spelen in de homeostase van de darmen18. Er is echter ook aangetoond dat inuline de groei van de productie van pks+ E. coli en colibactine bevordert, wat leidt tot verhoogde tumorigenese in een door DSS behandeld adenomateuze polyposis coli (Apc)Min/+ CRC-model. Dit experiment evalueert de expansie van pks+ E. coli als reactie op dieetinuline in een muismodel zonder ontsteking of een verstoorde darmbarrière.