Szacuje się, że ludzkie ciało gości od 10 do 100 bilionów żywych komórek mikrobowych (bakterii, archeonów i grzybów), które występują głównie w jelitach, na skórze i w środowiskach śluzówkowych1. W stanie zdrowia przynoszą one korzyści gospodarzowi, w tym produkcję witamin, dojrzewanie układu odpornościowego, stymulację wrodzonej i nabytej odpowiedzi immunologicznej na patogeny, regulację metabolizmu tłuszczów, modulację reakcji na stres i wiele innych funkcji, wpływając na wzrost, rozwój, wystąpienie chorób oraz proces starzenia się2,3,4,5. Mikrobiota jelitowa ulega również znacznej ewolucji w ciągu życia. Najbardziej gwałtowne zmiany zachodzą w okresie niemowlęcym i wczesnym dzieciństwie6, jednak istotne modyfikacje występują także wraz z wiekiem, w tym spadek liczebności Bifidobacterium oraz wzrost liczebności gatunków z rodzajów Clostridium, Lactobacillus, Enterobacteriaceae oraz Enterococcus7. Styl życia może dodatkowo zmieniać skład mikroorganizmów jelitowych, prowadząc do dysbiozy (utraty pożytecznych bakterii, przerostu bakterii oportunistycznych), co skutkuje różnymi patologiami, takimi jak nieswoiste zapalne choroby jelit, cukrzyca i otyłość5, ale przyczynia się również do rozwoju chorób Alzheimera i Parkinsona8,9,10,11.
Uświadomienie sobie tego faktu w znacznym stopniu przyczyniło się do doprecyzowania koncepcji osi jelitowo-mózgowej (GBA), w której interakcje między fizjologią jelit (obejmującą obecnie również zawarte w nich mikroby) a układem nerwowym są uznawane za główny regulator metabolizmu i funkcji fizjologicznych zwierząt12. Jednakże precyzyjna rola mikrobioty w przesyłaniu sygnałów między jelitami a mózgiem oraz powiązane z nią mechanizmy działania nie są jeszcze w pełni zrozumiałe13. Biorąc pod uwagę, że mikrobiota jelitowa jest kluczowym czynnikiem determinującym zdrowe starzenie się, kwestia tego, w jaki sposób bakterie modulują proces starzenia, stała się przedmiotem intensywnych badań i kontrowersji6,14,15.
Wykazanie, że nicień Caenorhabditis elegans posiada rzeczywistą mikrobiotę jelitową, w której – podobnie jak u innych gatunków – dominują Bacteroidetes, Firmicutes oraz Actinobacteria16,17,18,19,20, sprawiło, że jego gwałtowny rozwój jako platformy eksperymentalnej do badania interakcji między gospodarzem a komensalami jelitowymi21,22,23,24,25,26 znacząco rozszerzył nasz arsenał badawczy26,27,28,29. W szczególności wysokoprzepustowe podejścia eksperymentalne dostępne dla C. elegans, służące do badania interakcji gen-dieta, gen-lek, gen-patogen itp., mogą zostać zaadaptowane do szybkiego badania wpływu izolatów i koktajli bakteryjnych na zdrowie i starzenie się C. elegans.
Niniejszy protokół opisuje potok eksperymentalny do jednoczesnego przesiewania macierzy izolatów bakteryjnych lub mieszanin rozmieszczonych w płytkach wielodołkowych pod kątem ich wpływu na odporność na stres C. elegans jako wskaźnika zdrowia, co może być wykorzystane do identyfikacji probiotyków. Szczegółowo opisano sposób hodowli dużych populacji nicieni oraz zarządzania macierzami bakteryjnymi w formatach płytek 96- i 384-dołkowych przed przygotowaniem nicieni do zautomatyzowanej analizy odporności na stres przy użyciu fluorescencyjnego czytnika płytek (Rycina 1). Podejście to opiera się na zautomatyzowanych testach przeżywalności bez użycia znaczników (LFASS)30, które wykorzystują zjawisko fluorescencji śmierci31, polegające na tym, że obumierające nicienie emitują gwałtowny błysk niebieskiej fluorescencji, który może służyć do precyzyjnego określenia momentu śmierci. Niebieska fluorescencja jest emitowana przez estry glukozylowe kwasu antranilowego zgromadzone w ziarnistościach jelitowych C. elegans (rodzaj organelli związanych z lizosomami), które pękają w momencie uruchomienia kaskady nekrotycznej w jelitach nicienia podczas śmierci31.

Rysunek 1Schemat eksperymentalny do wysokoprzepustowego przesiewu izolatów bakteryjnych z wpływem na C. elegans odporność na stres. (A) Harmonogram utrzymania nicieni i bakterii oraz przygotowania testu. (B) przygotowanie i obsługa tablicy bakterii na płytce 96-dołkowej. (CPrzygotowanie płytek dla nicieni z 384 dołkami. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.