$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Adhezja bakteryjna to proces, w którym bakterie przyczepiają się do innych komórek lub powierzchni. Pomyślne zapoczątkowanie infekcji przez patogeny bakteryjne wymaga adhezji do komórek gospodarza, kolonizacji tkanek, a w niektórych przypadkach inwazji komórek gospodarza1,2,3. Pojawiające się choroby zakaźne stanowią poważne zagrożenie dla zdrowia publicznego, o czym świadczy niedawna pandemia COVID-194,5,6. Co ważne, nowe lub pojawiające się patogeny mogą nie być łatwo rozpoznawalne przy użyciu podejść opartych na genomie, zwłaszcza w przypadkach, gdy patogen został zmodyfikowany tak, aby uniknąć wykrycia lub nie zawiera sygnatur genomowych, które identyfikują go jako patogenny. Dlatego identyfikacja potencjalnych patogenów za pomocą metod, które bezpośrednio oceniają cechy chorobotwórczości, takie jak przyleganie bakterii do komórek gospodarza, może odgrywać kluczową rolę w identyfikacji patogenów.
Bakteryjne przyleganie do komórek gospodarza jest używane do oceny mechanizmów patogenezy bakteryjnej od dziesięcioleci1,7. Obrazowanie mikroskopowe8,9 i liczenie jednostki tworzącej kolonie bakteryjne (CFU)10,11,12,13 metodą posiewu po infekcji to dwie dobrze rozwinięte metody laboratoryjne do badania przylegania drobnoustrojów i/lub infekcji komórek gospodarza14. Biorąc pod uwagę rozmiar komórek bakteryjnych w skali mikrometrowej, zliczanie przylegających komórek bakteryjnych na ogół wymaga użycia zaawansowanych technik mikroskopii o dużym powiększeniu, a także podejść do obrazowania o wysokiej rozdzielczości, w tym mikroskopii elektronowej, mikroskopii ekspansyjnej (ExM)15,16 i obrazowania trójwymiarowego17. Alternatywnie, wyliczenie bakterii związanych lub zinternalizowanych w komórkach gospodarza można przeprowadzić, posiewając serię rozcieńczeń zebranych bakterii na stałym agarze i licząc wynikowe CFUs10,12,13. Ta metoda jest pracochłonna i obejmuje wiele ręcznych kroków, co wprowadza trudności w ustanowieniu ustandaryzowanej lub zautomatyzowanej procedury wymaganej do analiz o wysokiej przepustowości18,19. W związku z tym opracowanie nowych metod oceny przyłączenia komórek gospodarza rozwiązałoby obecne ograniczenia w tej dziedzinie.
Jedna z takich metod jest opisana tutaj, która wykorzystuje zautomatyzowaną mikroskopię o wysokiej przepustowości, połączoną z wysokoprzepustowym przetwarzaniem obrazów i analizą statystyczną. Aby zademonstrować to podejście, przeprowadzono eksperymenty z kilkoma patogenami bakteryjnymi, w tym Pseudomonas aeruginosa, oportunistycznym patogenem bakteryjnym Gram-ujemnym ludzi, zwierząt i roślin14,20, który często kolonizuje drogi oddechowe pacjentów z upośledzonymi funkcjami obronnymi gospodarza. Takie podejście zoptymalizowało proces obrazowania mikroskopowego opisany w poprzednich badaniach14,20. Wykrywanie obrazowania zostało uproszczone dzięki znakowanym fluorescencyjnie komórkom gospodarza i bakteriom w celu szybkiego śledzenia ich bliskości, co znacznie zmniejszyło obciążenie mikroskopowe w celu uzyskania obrazów o wysokiej rozdzielczości w celu rozróżnienia bakterii. Ponadto zautomatyzowana analiza statystyczna obrazów podczas zliczania komórek gospodarza i bakterii zastąpiła ręczny eksperyment z posiewem bakteryjnej CFU w celu oszacowania stosunku liczby przylegających bakterii na komórkę gospodarza. Aby potwierdzić kompatybilność tej metody, przetestowano również wiele szczepów bakteryjnych i typów komórek gospodarza, takich jak Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Bacillus cereus i Klebsiella pneumoniae, a także ludzkie komórki śródbłonka żyły pępowinowej (HUVEC), a wyniki potwierdzają różnorodność i skuteczność metody.