Wszystkie eksperymenty z użyciem danio pręgowanego opisane w niniejszym badaniu zostały przeprowadzone na Uniwersytecie w Montpellier zgodnie z zasadami 3R – zastąpienia (Replacement), ograniczenia (Reduction) i udoskonalenia (Refinement) – zgodnie z wytycznymi Unii Europejskiej dotyczącymi obchodzenia się ze zwierzętami laboratoryjnymi i zostały zatwierdzone przez Direction Sanitaire et Vétérinaire de l'Hérault oraz Comité d'Ethique pour l'utilisation d'animaux à des fins scientifiques pod numerem referencyjnym CEEA-LR-B4-172-37. Wszystkie eksperymenty dotyczące infekcji przeprowadzono na embrionach do 5 dni po zapłodnieniu. Hodowla dorosłych osobników danio pręgowanego (Danio rerio) z linii AB lub Golden odbywała się zgodnie z międzynarodowymi wytycznymi określonymi w dyrektywie UE 2010/63/EU w sprawie ochrony zwierząt. W ośrodku hodowli danio pręgowanego na Uniwersytecie w Montpellier zastosowano standardowe warunki: cykl światła i ciemności 12 h:12 h, poliwęglanowe zbiorniki o pojemności 3,5 L (maksymalnie 22 ryby na zbiornik) podłączone do systemu recyrkulacyjnego z zasoleniem 4% / przewodnością 400 µS i temperaturą wody 28 °C. Ryby karmiono 2 razy dziennie pokarmem dla ryb.
1. Przygotowanie roztworów
- Przygotować 1x roztwór roboczy wody dla ryb z lub bez błękitu metylenowego do hodowli embrionów zebrafish (patrz Tabela 1).
- Przygotować 20x roztwór zapasowy (0,4%) oraz 1x roztwór roboczy znieczulający z trykainą zgodnie z opisem w Tabeli 1. Aby uniknąć wielokrotnego zamrażania i rozmrażania roztworu zapasowego, przygotować alikwoty 10 mL 20x trykainy i przechowywać w temperaturze -20 °C.
- Przygotować 2% roztwór Tritonu rozcieńczony w 1x soli fizjologicznej z buforem fosforanowym (PBS; Tabela 1).
2. Przygotowanie inokulum fluorescencyjnego P. aeruginosa konstytutywnie ekspresyjnego dla GFP
UWAGA: Wszystkie prace z P. aeruginosa prowadzone są z zachowaniem środków ostrożności BSL-2 w komorze bezpieczeństwa biologicznego. Szczepy P. aeruginosa powinny być zmodyfikowane genetycznie w celu konstytutywnej ekspresji reportera fluorescencyjnego, takiego jak GFP (użyty w niniejszej metodzie i opisany w13). W przypadku stosowania reportera fluorescencyjnego kodowanego plazmidowo, silnie zaleca się użycie szczepów z chromosomalnie zakodowanym reporterem fluorescencyjnym, aby uniknąć utraty plazmidu.
- Na 2 dni przed zakażeniem wysiać z zapasów przechowywanych w -80 °C genetycznie zmodyfikowane P. aeruginosa eksprimujące GFP na płytkach z agarem LB (Tabela 1) i inkubować przez noc w 37 °C.
- Sprawdzić fluorescencję kolonii za pomocą mikroskopu fluorescencyjnego (powiększenie 6x), aby zaszczepić kolonię GFP+P. aeruginosa w 1 mL bulionu LB (Tabela 1) i hodować przez noc w 37 °C z wytrząsaniem (180 rpm).
- W dniu zakażenia rozcieńczyć powyższą nocną kulturę P. aeruginosa w stosunku 1:20 w 5 mL świeżego bulionu LB. Hodować bakterie w 37 °C z wytrząsaniem (180 rpm), aż kultura osiągnie OD600 = 0.8. Powinno to zająć około 2-3 h.
- Wirować kulturę bakteryjną przez 10 min w temperaturze pokojowej (RT) przy 3584 x g. Usunąć nadsącz i resuspendować osad w 4 mL wody rybiej bez błękitu metylenowego.
- Dostosować objętość kultury za pomocą wody rybiej, aby uzyskać stężenie od 7 x 107 do 1 x 108 CFU/mL. Odpowiada to OD600 wynoszącemu około 0.15 (należy dostosować dla każdego szczepu).
- Aby określić ilość inokulum, wykonać rozcieńczenia seryjne zawiesiny bakteryjnej, wysiać 20 µL rozcieńczenia 10-4 na płytkę z agarem LB i inkubować przez noc w 37 °C.
- Policzyć kolonie GFP+ pod mikroskopem fluorescencyjnym, aby wyznaczyć CFU inokulum.
3. Pobieranie i przygotowanie embrionów danio pręgowanego
- Na 3 dni przed eksperymentem z zanurzeniem w bakterii przygotować pary hodowlane danio pręgowanych. Umieścić samca i samicę w zbiorniku do krzyżowania.
- Następnego ranka zebrać zapłodnione jaja za pomocą gęstego sita. Umieścić zebrane jaja w szalce Petri zawierającej wodę dla ryb z błękitem metylenowym.
- Aby uniknąć kontaminacji, dodać 1 kroplę wybielacza do szalki Petri. Po 5 min wymienić wodę dla ryb z błękitem metylenowym, aby usunąć wybielacz.
- Odrzucić jaja z nieprawidłowym rozwojem embrionu (jaja niezapłodnione przypominają stadium jednej komórki) lub martwe (o białym wyglądzie).
- W dniu infekcji rano (w 2 dpf) przeprowadzić dechlorionację embrionów za pomocą dwóch bardzo cienkich pęset pod mikroskopem stereoskopowym (powiększenie 11x). Rozdarć chorion pęsetą, nie ściskając embrionu, aby go uwolnić.
- Umieścić dechlorionowane embriony w szalce Petri zawierającej wodę dla ryb z błękitem metylenowym. Inkubować szalki w temperaturze 28 °C aż do momentu infekcji.
4. Uszkodzenie zarodka
- Zanurz zarodki danio pręgowanego w wodzie dla ryb bez błękitu metylenowego, zawierającej 0,02% Tricaine, na około 5 min przed uszkodzeniem w naczyniu hodowlanym (35 mm x 10 mm), aby je znieczulić. Zarodki przestają się poruszać i nie reagują na bodźce.
- Umieść igły 25G na końcach dwóch pałeczek, aby ułatwić operowanie igłami.
- Pod mikroskopem stereoskopowym odrzuć zarodki martwe lub z nieprawidłowym rozwojem. Wykonując okrężne ruchy naczyniem, zgromadź wszystkie zarodki w jego centrum.
- Izoluj zarodki pojedynczo, używając dwóch igieł ustawionych w pozycji pionowej (głową w dół – ogonem do góry); lewą igłę umieść przy ogonie, aby utrzymać zarodek w linii prostej. Prawą igłą przetnij płetwę na brzegu notochordu. Cięcie wykonaj jednym zdecydowanym ruchem. Odstęp czasu między cięciem a zanurzeniem w roztworze bakteryjnym nie może przekroczyć 10 min.
5. Zakażanie zranionych embrionów
- W komorze bezpieczeństwa biologicznego typu II wymieszać w wirówce i dodać roztwór P. aeruginosa o stężeniu około 1 x 107 CFU/mL do płytki 6-dołkowej.
- Zebrane za pomocą jednorazowej szklanej pipety Pasteura uszkodzone embriony przenieść do roztworu bakteryjnego w strefie bezpieczeństwa mikrobiologicznego. Inkubować płytkę w temperaturze 28 °C przez 1,5 h.
UWAGA: Jeśli wymagana jest duża liczba zainfekowanych larw, należy tworzyć grupy około 50 larw, zadać ranę, zanurzyć je, a następnie powtórzyć czynność dla kolejnej grupy.
- Po infekcji przemyć embriony w strefie bezpieczeństwa mikrobiologicznego zgodnie z poniższym opisem.
- Przenieść embriony szklaną pipetą do 10 mL wody dla ryb bez błękitu metylenowego w celu pierwszego przemycia, dodając jak najmniej cieczy; inkubować przez 30 min w temperaturze pokojowej.
- Ponownie przenieść zainfekowane embriony szklaną pipetą do 4 mL wody dla ryb bez błękitu metylenowego w celu drugiego przemycia na kilka minut.
- Przenieść pojedynczo 24 zainfekowane embriony do płytki wielodołkowej zawierającej 1 mL wody dla ryb bez błękitu metylenowego.
- Umieścić płytki w plastikowym pudełku w inkubatorze w temperaturze 28 °C. Nawilżyć pudełko (np. wilgotnymi ręcznikami papierowymi), aby ograniczyć parowanie.
6. Przeżywalność zainfekowanych embrionów
- W badaniach nad przeżywalnością zarodków należy ocenić żywotność pod mikroskopem stereoskopowym w 18 h, 24 h i 48 h po infekcji (hpi). Zarodek uznaje się za martwy w momencie zatrzymania akcji serca i krążenia krwi.
- Wskaźniki śmiertelności/przeżywalności należy przedstawić za pomocą schodkowych wykresów Kaplana-Meiera (GraphPad Prism 8.3.0), a dane przeanalizować testem log-rank lub innymi odpowiednimi testami statystycznymi.
7. Oznaczanie miana bakterii w zakażonych embrionach (Rycina 1)
- Wykonaj oznaczanie CFU z zakażonych embrionów w czterech różnych punktach czasowych: 1,5 hpi, tj. bezpośrednio po zakażeniu, oraz po każdym przemyciu w 24, 48 i 72 hpi, używając 5 embrionów na punkt czasowy. Wszystkie czynności wykonuj pod wyciągiem bezpieczeństwa mikrobiologicznego.
- Dla każdej zakażonej larwy przygotuj probówki do mikrocentryfugi o pojemności 1,5 mL zawierające 95 µL 1x PBS. Objętość larwy wynosi około 5 µL.
- Przenieś larwy do płytki 6-dołkowej z 4 mL wody dla ryb bez błękitu metylenowego, aby przeprowadzić przemywanie i usunąć bakterie planktoniczne.
- Umieść każdy embrion w probówce do mikrocentryfugi zawierającej PBS, dodając jak najmniej cieczy. Dotknij jedynie pipetą szklaną z larwą powierzchni PBS, aby larwa opadła do probówki bez dodawania dodatkowego płynu.
- Rozgnieć embriony pojedynczo, używając tłuczka przy ściance probówki do mikrocentryfugi. Trzymaj tłuczek wewnątrz probówki. Proces zakończ, gdy nie pozostanie żaden nienaruszony embrion.
- Podnieś tłuczek i dodaj 100 µL PBS-Triton 2%, aby wypłukać resztki bakterii z tłuczka (stężenie końcowe wynosi 1%). Wymieszaj w wortexie i odczekaj 10 min. Nie przetwarzaj więcej niż pięciu embrionów jednocześnie.
- Nanieś 3x po 10 µL nierozcieńczonych lizatów na płytki z agarem LB dla każdego embrionu. Wykonaj rozcieńczenia seryjne lizatów w płytce 96-dołkowej do uzyskania rozcieńczenia 10-3 za pomocą pipety wielokanałowej. Nanieś 3x po 10 µL rozcieńczeń 10-1, 10-2 i 10-3 obok próbek nierozcieńczonych na płytkach z agarem LB i inkubuj płytki przez noc w 37 °C.
- Policz fluorescencyjne kolonie dla każdego rozcieńczenia pod mikroskopem i oblicz liczbę CFU na jeden zakażony embrion.

Rysunek 1: Oś czasu eksperymentu w celu oceny wirulencji i trwałości bakterii w embrionie danio pręgowanego. Skróty: CFU = jednostki tworzące kolonie, hpi = godziny po infekcji. Rysunek został stworzony za pomocą BioRender.com. Rysunek został zmodyfikowany na podstawie 13. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.
8. Testowanie leczenia przeciwko przetrwałej infekcji (Rycina 2)
- Przygotować roztwory antybiotyków w stężeniu 40-krotnie przekraczającym minimalne stężenie hamujące (MIC) dla szczepu P. aeruginosa. Przed rozpoczęciem eksperymentu należy sprawdzić, czy wybrane stężenie antybiotyku nie jest toksyczne dla embrionów.
- Postępować zgodnie z krokami 7.1 i 7.2. Do płytki 24-dołkowej nalać 1 mL wody dla ryb z dodatkiem antybiotyków i przygotować próbę kontrolną bez antybiotyków.
- Przenieść pięć embrionów z etapu płukania na każdą próbę do płytki 24-dołkowej, dodając jak najmniejszą ilość cieczy.
- Inkubować z antybiotykami przez 30 min w temperaturze pokojowej. Wrócić do kroku 7.3. w celu określenia ładunku bakteryjnego po zastosowaniu leczenia.

Rycina 2: Procedura eksperymentalna zastosowana do oceny skuteczności leczenia antybiotykami w zakażonych embrionach. Skróty: ATB 30' = leczenie antybiotykami przez 30 min, CFU = jednostki tworzące kolonie, hpi = godziny po infekcji. Rysunek został stworzony za pomocą BioRender.com. Rycina została zmodyfikowana na podstawie źródła13. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.