Opisany tutaj jest protokół do badania, jak ekstrakt z dymu papierosowego wpływa na kolonizację bakteryjną w komórkach nabłonka płuc.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Opisany tutaj jest protokół do badania, jak ekstrakt z dymu papierosowego wpływa na kolonizację bakteryjną w komórkach nabłonka płuc.
Palenie papierosów jest główną przyczyną etiologiczną rozedmy płuc i przewlekłej obturacyjnej choroby płuc (POChP). Palenie papierosów sprzyja również podatności na infekcje bakteryjne w układzie oddechowym. Jednak wpływ palenia papierosów na infekcje bakteryjne w ludzkich komórkach nabłonka płuc nie został jeszcze dokładnie zbadany. Opisano tutaj szczegółowy protokół przygotowania ekstraktów z palenia papierosów (CSE), leczenia ludzkich komórek nabłonka płuc CSE oraz wykrywania infekcji bakteryjnych i infekcji. CSE został przygotowany metodą konwencjonalną. Komórki nabłonka płuc traktowano 4% CSE przez 3 godziny. Komórki traktowane CSE zostały następnie zakażone Pseudomonas przy wielokrotności infekcji (MOI) wynoszącej 10. Obciążenia bakteryjne komórek określono trzema różnymi metodami. Wyniki wykazały, że CSE zwiększa obciążenie Pseudomonas w komórkach nabłonka płuc. Protokół ten zapewnia zatem proste i powtarzalne podejście do badania wpływu dymu papierosowego na infekcje bakteryjne w komórkach nabłonka płuc.
Palenie papierosów wpływa na zdrowie publiczne milionów ludzi na całym świecie. Wiele szkodliwych chorób, w tym rak płuc i przewlekła obturacyjna choroba płuc (POChP), jest związanych z paleniem papierosów1,2. Palenie papierosów zwiększa podatność na ostre infekcje bakteryjne układu oddechowego3,4,5. Co więcej, coraz więcej dowodów dowodzi, że palenie papierosów zwiększa patogenezę wielu przewlekłych zaburzeń6,7,8. Na przykład palenie papierosów może nasilać infekcje wirusowe lub bakteryjne, które powodują zaostrzenie POChP9. Wśród patogenów bakteryjnych, które etiologicznie przyczyniają się do ostrego zaostrzenia POChP, oportunistyczny patogen pałeczki Gram-ujemnej, Pseudomonas aeruginosa, powoduje infekcje, które korelują ze złymi rokowaniami i wyższą śmiertelnością10,11. Zaostrzenie POChP pogarsza chorobę poprzez przyspieszenie patologicznego postępu. Nie ma skutecznych metod leczenia zaostrzeń POChP, z wyjątkiem leczenia przeciwobjawowego12. Zaostrzenie POChP zwiększa śmiertelność pacjentów, obniża jakość życia i zwiększa obciążenie ekonomiczne społeczeństwa13.
Drogi oddechowe są systemem otwartym, stale narażonym na działanie różnych patogenów mikrobiologicznych obecnych na zewnątrz. Oportunistyczne patogeny bakteryjne są zwykle wykrywane w górnych drogach oddechowych, ale czasami obserwuje się je w dolnych drogach oddechowych14,15. W modelach zwierzęcych P. aeruginosa można wykryć w pęcherzykach płucnych już po 1 godzinie od zakażenia16. Jako główny mechanizm obronny, komórki odpornościowe, takie jak makrofagi lub neutrofile, eliminują bakterie w drogach oddechowych. Komórki nabłonka płuc, jako pierwsza bariera fizjologiczna, pełnią wyjątkową rolę w obronie gospodarza przed infekcjami bakteryjnymi. Komórki nabłonka płuc mogą regulować inwazję, kolonizację lub replikację drobnoustrojów niezależnie od komórek odpornościowych17. Niektóre cząsteczki znajdujące się w komórkach nabłonka, w tym PPARg, pełnią funkcje przeciwbakteryjne, regulując w ten sposób kolonizację i replikację bakterii w komórkach nabłonka płuc18. Palenie papierosów może zmieniać cząsteczki i upośledzać normalne funkcje obronne w komórkach nabłonka płuc19,20. Ostatnie badania wykazały bezpośrednie narażenie dymu papierosowego na komórki nabłonka płuc za pomocą robota palącego21,22. Narażenie na dym tytoniowy można jednak przeprowadzić na inne sposoby, w tym stosując CSE. Przygotowanie CSE jest powtarzalnym podejściem z potencjalnymi zastosowaniami w innych typach komórek, w tym w komórkach śródbłonka naczyń krwionośnych, które są pośrednio narażone na dym papierosowy.
Ten raport opisuje protokół generowania ekstraktu z dymu papierosowego w celu zmiany obciążenia bakteryjnego w komórkach nabłonka płuc. CSE zwiększa obciążenie bakteryjne P. aeruginosa i może przyczyniać się do nawrotów zakażeń bakteryjnych zwykle obserwowanych w zaostrzeniu POChP. Do przygotowania CSE stosuje się konwencjonalną metodę. Komórki nabłonka płuc, w fazie wzrostu wykładniczego, traktuje się 4% CSE przez 3 godziny. Alternatywnie, komórki nabłonka płuc hodowane w monowarstwie mogą być bezpośrednio wystawione na dym papierosowy na granicy faz powietrze-ciecz. Komórki poddane działaniu CSE są następnie prowokowane Pseudomonas przy wielokrotności infekcji (MOI) wynoszącej 10. Bakterie rozmnażają się ze szczególną prędkością wytrząsania, aby zapewnić, że morfologia ich wici pozostaje nienaruszona, aby zachować ich pełną zdolność inwazyjną. Gentamycyna jest stosowana do zabijania bakterii pozostawionych w pożywce hodowlanej, zmniejszając w ten sposób potencjalne zanieczyszczenie podczas późniejszego określania obciążenia bakteryjnego. Protokół wykorzystuje również Pseudomonas znakowany GFP, który został wykorzystany jako potężne narzędzie do badania infekcji Pseudomonas w różnych modelach. Reprezentatywnym szczepem jest P. fluorescens Migula23. Stopień infekcji lub obciążenia bakteryjnego po leczeniu CSE określa się na trzy sposoby: metodą kropli z liczeniem kolonii, ilościową PCR przy użyciu starterów specyficznych dla rRNA Pseudomonas 16S lub cytometrią przepływową w komórkach zakażonych fluorescencyjnym Pseudomonas. Protokół ten jest prostym i powtarzalnym podejściem do badania wpływu dymu papierosowego na infekcje bakteryjne w komórkach nabłonka płuc.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. 100% przygotowanie do CSE
2. Kultura Pseudomonas
3. Hodowla ludzkich komórek nabłonkowych płuc i leczenie CSE
4. Infekcja bakteryjna
5. Oznaczanie stężenia bakterii metodą kropli
6. Wykrywanie 16S rRNA bakterii metodą RT-qPCR
7. Wykrywanie fluorescencyjnych Pseudomonas za pomocą cytometrii przepływowej
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Schemat ilustrujący protokół przedstawiono na Rysunku 1. Komórki nabłonka płuc BEAS-2B poddano działaniu CSE, a następnie zainfekowano bakteriami z rodzaju Pseudomonas. Bakterie Pseudomonas w pożywce hodowlanej zostały zneutralizowane za pomocą dodanej gentamycyny, a następnie komórki poddano analizie metodą drop plate, detekcji 16S RNA rybosomalnego Pseudomonas za pomocą RT-qPCR oraz cytometrii przepływowej. W porównaniu z kontrolą, traktowanie CSE znacząco zwięks...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Inwazja bakterii do komórek nabłonka płuc jest kluczowym etapem w patogenezie infekcji bakteryjnych. Proces inwazji bakterii do komórek można podzielić na następujące trzy etapy: Po pierwsze, bakterie kontaktują się i przylegają do powierzchni komórki nabłonka za pomocą wici. Po drugie, bakterie albo ulegają internalizacji, albo przenikają przez błonę komórkową. Wreszcie, bakterie replikują się i kolonizują komórki, jeśli uda im się uciec komórkowym mechanizmom obronnym25,26
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Ta praca była częściowo wspierana przez granty National Institutes of Health R01 HL125435 i HL142997 (dla CZ).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Strzykawka 50 ml | BD Biosciences | ||
| pożywka dla komórek nabłonka dróg oddechowych | ATCC | PCS-300-030 | |
| Wytrząsarka bakteryjna | ThermoFisher Naukowy | ||
| zestaw do wzrostu komórek nabłonka oskrzeli | ATCC | PCS-300-040 | |
| Licznik komórek | Bio-Rad | ||
| CFX96 System | PCR w czasie rzeczywistymBio-Rad | ||
| High-Capacity RNA-to-DNA | KIT ThermoFisher Scientific | 4387406 | |
| HITES medium | ATCC | ATCC 30-2004 | |
| ludzkie komórki BEAS-2B | ATCC | ATCC CRL-9609 | |
| ludzkie pierwotne komórki nabłonka małych dróg oddechowych | ATCC | ATCC PCS-300-030 | |
| Cytometr przepływowy LSRII | BD Biosciences | ||
| Mikroskop konfokalny Nikkon | OD Nikkon | ||
| USA Naukowe | |||
| startery PCR | ITD | ||
| Pseudomonas aeruginosa | ATCC | ATCC 47085 | PAO1-LAC |
| Pseudomonas fluorescens Migula | ATCC | ATCC 27853 | P.aeruginosa GFP |
| Papierosy klasy badawczej (3R4F) | University of Kentucky | TP-7-VA | |
| RNeasy Mini Kit | Qiagen | 74106 | |
| Transprent PET Transwell Insert | Corning Costar | ||
| Tryptic Soy Bulion BD | Biosciences |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.