Wiele bakterii Gram-ujemnych wykorzystuje wyspecjalizowane systemy wydzielania do wstrzykiwania białek związanych z wirulencją (określanych jako efektory) bezpośrednio do komórek gospodarza 1-5. Te efektory mają szeroki zakres funkcji biologicznych, w tym: supresję odporności gospodarza, zmiany cytoszkieletu, modyfikację transportu i sygnalizacji wewnątrzkomórkowej, zmiany transkrypcyjne i zmiany proteasomu gospodarza 6-9. Funkcje niektórych efektorów są znane, jednak cele gospodarza i działania biochemiczne wielu innych pozostają do ustalenia. Chociaż porównywanie zakażeń bakteryjnych typu dzikiego i rekombinowanego jest ważnym podejściem do badania wewnątrzkomórkowych mechanizmów wirulencji efektorowej, często korzystne jest wprowadzenie pojedynczego efektora do komórki gospodarza. W związku z tym bardzo pożądane są proste metody wprowadzania i charakteryzowania bakteryjnych białek efektorowych w kontekście komórek gospodarza.
Uproszczenie analizy eksperymentalnej za pomocą jednego efektora jest krytyczne, ponieważ inne efektory mogą mieć przeciwstawne lub nadmiarowe funkcje. Aby osiągnąć to uproszczenie, naukowcy wcześniej wprowadzili makrocząsteczki do komórek za pomocą wielu różnych metod, w tym transdukcji wirusa 10, mikroiniekcji 11, obciążenia skrobaniem 12,13, fuzji komórek z chemicznie indukowaną mikroiniekcją 14, zastrzeżonych odczynników "transfekcji" białek 15, wytrącania fosforanu wapnia 16 i elektroporacji 17-20. Wprowadzone cząsteczki obejmują kwasy nukleinowe, w tym gatunki DNA, RNA i RNAi, białka, barwniki nieprzepuszczalne dla komórek i przeciwciała dla celów wewnątrzkomórkowych 21,22. Niektóre metody mają ograniczenia, w tym rodzaj makrocząsteczki, którą można wprowadzić, a niektóre dalsze analizy mogą być ograniczone ze względu na wysoką toksyczność komórkową, szkodliwe mechanizmy działania, niską skuteczność lub skuteczność wprowadzania. Transfekcja, często stosowana metoda ekspresji genów bakteryjnych w komórkach ssaków, ma również ograniczenie polegające na tym, że niektóre istotne typy komórek gospodarza, takie jak makrofagi i komórki pierwotne, są szczególnie odporne na transfekcję. Poza tym trudno jest kontrolować poziom białka bakteryjnego wytwarzanego po wprowadzeniu obcego DNA.
Wiele pracy przyczyniło się do tego, że elektroporacja kwasów nukleinowych w komórkach bakteryjnych i ssaków jest powszechną techniką laboratoryjną; jednak trwają badania nad najlepszymi metodami dostarczania białek do komórek w warunkach fizjologicznych. Doniesienia na temat transfekcji białek są obiecujące, ale wymagają drogich odczynników i optymalizacji. Chęć wprowadzenia potencjalnie toksycznych efektorów bakteryjnych do szerokiej gamy celów komórkowych przy minimalnych kosztach skłoniła nas do rozważenia elektroporacji jako metody badania tych białek in vivo.
Elektroporacja białek 23-25 to metoda wprowadzania białek do żywych komórek poprzez elektropermeabilizację, znaną również jako elektrotransfekcja lub elektroiniekcja 26. Technika ta wykorzystuje impulsy elektryczne o dużej intensywności do tworzenia porów w błonach komórkowych. Te odwracalne pory umożliwiają makrocząsteczkom, które normalnie są wyłączone z przestrzeni wewnątrzkomórkowej, przedostanie się do komórki. Po usunięciu zewnętrznego pola elektrycznego błona może się ponownie uszczelnić, umożliwiając komórce zatrzymanie cząsteczek, które przeszły przez pory 27,28.
W tym badaniu użyto standardowego elektroporatora, aby konsekwentnie wprowadzać efektory bakteryjne zarówno do komórek podobnych do makrofagów myszy, jak i ludzkich komórek nabłonkowych. Metoda jest szybka, wydajna i niedroga, bez znaczącego spadku żywotności komórek. Wprowadzone białka można uwidocznić za pomocą mikroskopii immunofluorescencyjnej lub wykorzystać do testów funkcjonalnych. Wykazano to przy użyciu białka zielonej fluorescencji (GFP) jako nietoksycznego wzorca, a także dwóch białek efektorowych Salmonelli, SspH1 i GtgE. Proponujemy elektroporację białek jako dodatkowe narzędzie w repertuarze do badania białek wirulencji bakteryjnej i ich funkcji w eukariotycznych komórkach gospodarza.