Celem niniejszego protokołu jest ilościowe określenie produkcji violaceiny przez Chromobacterium violaceum ATCC 12472 jako wskaźnika zastępczego do oceny hamowania przez quorum sensing przez związki bioaktywne.
Artykuł metodologiczny
Celem niniejszego protokołu jest ilościowe określenie produkcji violaceiny przez Chromobacterium violaceum ATCC 12472 jako wskaźnika zastępczego do oceny hamowania przez quorum sensing przez związki bioaktywne.
Bakterie komunikują się za pośrednictwem systemu znanego jako quorum sensing (QS), który pozwala im koordynować swoje zachowanie w odpowiedzi na zmiany gęstości komórek. Proces ten obejmuje produkcję, wydzielanie i wykrywanie małych zewnątrzkomórkowych cząsteczek sygnałowych, zwykle nazywanych autoinduktorami (AI). QS reguluje szeroki zakres genów i funkcji, w tym między innymi tworzenie i rozpraszanie biofilmu, ruchliwość roju, produkcję czynników wirulencji, oporność na antybiotyki i bioluminescencję. Hamowanie QS stało się obiecującą strategią przeciwwirusową przeciwko bakteriom opornym na antybiotyki, ponieważ wywiera niższe ciśnienie selekcyjne w porównaniu z tradycyjnymi antybiotykami. W bakterii Chromobacterium violaceum ATCC 12472 białka QS CviI/CviR, które są homologiczne do białek QS typu LuxI/LuxR Aliivibrio fisheri, kontrolują wiele genów, w tym te odpowiedzialne za produkcję fioletowego barwnika violaceiny. C. violaceum jest szeroko stosowany jako szczep biosensoryczny w badaniach nad hamowaniem QS, w szczególności w hamowaniu produkcji violaceiny. Wiele związków ma potencjał do hamowania QS poprzez wiązanie się z białkami QS, homologami LuxI lub LuxR, zakłócając obwody QS. Protokół ten opisuje metodę ilościowego oznaczania violaceiny wytwarzanej przez C. violaceum ATCC 12472 i jej hamowania przez związki bioaktywne w stężeniach, które nie wpływają na wzrost bakterii. Opisany tutaj test wykazuje znaczne zmniejszenie produkcji violaceiny przez badane związki. Badanie to podkreśla potencjał wykorzystania tego protokołu do badań przesiewowych obiecujących kandydatów w badaniach nad hamowaniem QS.
Bakterie mogą komunikować się za pośrednictwem systemu znanego jako QS, który umożliwia skoordynowaną modulację ich zachowania w odpowiedzi na zmiany gęstości komórek. Proces ten obejmuje produkcję, wydzielanie i wykrywanie małych zewnątrzkomórkowych cząsteczek sygnałowych, zwanych również autoinduktorami, które umożliwiają komunikację zarówno między różnymi gatunkami, jak i w obrębie tego samego gatunku 1,2.
Komunikacja ta jest zdolna do regulowania genów i funkcji, takich jak między innymi tworzenie i dyspersja biofilmu, ruchliwość i adhezja, proliferacja komórek, synteza egzoenzymów i sideroforów, zarodnikowanie, odporność na kwasy, horyzontalny transfer genów, oporność na antybiotyki, bioluminescencja, produkcja egzopolisacharydówmiędzy innymi 3,4,5. Biorąc pod uwagę znaczenie fenotypów regulowanych przez QS, istnieje duże zainteresowanie opracowaniem systemów zdolnych do zakłócania tej komunikacji komórkowej. Hamowanie sygnalizacji QS jest również nazywane wygaszaniem kworum (QQ)6. QQ może występować na kilka sposobów, w tym jako inhibitory syntezy autoinduktorów, enzymatyczna inaktywacja tych sygnałów oraz cząsteczki o antagonistycznym wpływie na te cząsteczki 4,7.
Rosnące zagrożenie opornością na antybiotyki skłoniło do badań nad alternatywnymi terapiami, w tym inhibitorami quorum sensing (QSI), które zakłócają komunikację bakterii bez bezpośredniego zabijania patogenów. Związki te mogą wykazywać działanie synergistyczne w połączeniu z antybiotykami, zwiększając podatność bakterii i umożliwiając zmniejszenie dawek antybiotyków, co jest kluczową strategią spowolnienia rozwoju oporności. Na przykład resweratrol i kanamycyna razem opóźniają wzrost Aeromonas hydrophila 8, podczas gdy N-acetylocysteina synergizuje z tobramycyną, zakłócając biofilmy Pseudomonas aeruginosa 5.
Przy nadużywaniu antybiotyków i stagnacji w opracowywaniu leków, podejścia przeciwwirusowe, takie jak hamowanie QS, oferują zmianę paradygmatu9. Zamiast skupiać się na żywotności, skupiają się na czynnikach wirulencji, dzięki czemu bakterie stają się mniej szkodliwe i bardziej podatne na odporność gospodarza lub antybiotyki5. Strategia ta narzuca słabszą presję selekcyjną w porównaniu z tradycyjnymi antybiotykami, minimalizując oporność i zachowując korzystną mikrobiotę10,11. Pomimo obiecujących wyników laboratoryjnych, walidacja w warunkach rzeczywistych w ramach badań klinicznych pozostaje niedostatecznie zbadana12. Hamowanie QS stanowi obiecujące uzupełnienie antybiotyków, ale jego zastosowanie w praktyce wymaga dalszych dowodów na skuteczność i bezpieczeństwo w złożonych środowiskach biologicznych.
C. violaceum to beta proteobacterium, które tworzy fioletowe kolonie o gładkiej i błyszczącej powierzchni. Są fakultatywnymi pałeczkami beztlenowymi i nie tworzą zarodników13. Mechanizm QS u C. violaceum obejmuje pętlę dodatniego sprzężenia zwrotnego opartą na układzie genów analogicznym do modelu luksów Aliivibrio fisheri, który zawiera białka CviI (homologiczne do LuxI) i CviR (homologiczne do LuxR; Rysunek 1). Violaceina wykazuje działanie biobójcze przeciwko różnym organizmom, w tym grzybom, bakteriom, nicieniom i wirusom, szczególnie w fazie stacjonarnego wzrostu drobnoustrojów, kiedy gęstość zaludnienia jest bardzo wysoka, a składniki odżywcze są prawie wyczerpane. W związku z tym produkcję violaceiny można uznać za konkurencyjną strategię mającą na celu przedłużenie przetrwania kolonii drobnoustrojów14.
Rośliny wytwarzają związki pochodzące z metabolizmu wtórnego, które odgrywają kluczową rolę w zwiększaniu ich zdolności do adaptacji do niekorzystnego środowiska. Te metabolity, takie jak alkaloidy, fenole, flawonoidy, chinony, garbniki, terpeny i lektyny, są powszechnie uznawane za mechanizmy obronne przeciwko roślinożercom imikroorganizmom. Potencjał związków pochodzenia roślinnego jako QSI przyciągnął szczególną uwagę ze względu na dynamiczne interakcje między roślinami a mikroorganizmami. Badania nad interakcjami roślina-patogen w ryzosferze wykazały, że rośliny mogą reagować na autoinduktory bakteryjne poprzez wydzielanie związków bioaktywnych zdolnych do działania jako inhibitory patogenów16.
W niniejszej pracy opisano praktyczną metodę mającą na celu ilościowe określenie produkcji violaceiny przez C. violaceum, koncentrując się na jej hamowaniu przez związki bioaktywne. Metoda ta służy jako wstępne narzędzie przesiewowe do wyboru związków o potencjalnej aktywności QSI. Zapewnia szybkie i praktyczne podejście do przyszłego rozwoju terapeutycznego przeciwko bakteriom chorobotwórczym Gram-ujemnym. Ten ustandaryzowany protokół będzie przydatny, ponieważ zawiera szczegółowy opis, który nie został przeprowadzony w poprzednich badaniach i ułatwi porównanie między różnymi badaniami w przyszłości 17,18,19.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Przygotowanie kultury (rysunek 2)
2. Przygotowanie związku
3. Rozcieńczanie seryjne20 i przygotowanie płytki (rysunek 3)
UWAGA: Rozcieńczanie seryjne służy do szybkiej oceny zakresu stężeń badanego związku. W tym procesie związek jest sukcesywnie rozcieńczany w stałym stosunku, w tym przypadku 1:2. Każde rozcieńczenie zmniejsza stężenie związku o połowę w porównaniu z poprzednim stężeniem, co skutkuje zakresem stężeń malejących20.
4. Inkubacja i ekstrakcja violaceiny
5. Kwantyfikacja produkcji violaceiny
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Do przedstawionych tutaj wyników wykorzystano trzy związki bioaktywne badane wcześniej przez naszą grupę badawczą8: resweratrol, farnezol i linalol. Każdy związek został przetestowany pod kątem jego zdolności do hamowania produkcji violaceiny w C. violaceum ATCC 12472, fenotypie regulowanym przez system QS nad operonem vioABCDE 23.
Wyniki potwierdzają skuteczność naszego protokołu w ilościowym określaniu produkcji violaceiny i j...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Pierwsza metoda ekstrakcji i charakterystyki violaceiny z C. violaceum pojawiła się w latach 90. XX wieku, koncentrując się na identyfikacji odpowiednich źródeł węgla do syntezy pigmentu. W tym procesie violaceina - wraz z komórkami i pożywką hodowlaną - została wysuszona, ponownie zawieszona w etanolu, a następnie oddzielona przez ekstrakcję supernatantem. Wiolaceina, teraz rozpuszczona w etanolu, została następnie ponownie wysuszona, dając czystą, suchą formę pigmentu27. W 1998 r. proto...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.
Chcielibyśmy podziękować Krajowej Radzie ds. Rozwoju Naukowego (CNPQ) poprzez granty #403661/2023-4 i #444794/2024-7 oraz stypendium #306685/2022-1, a także Fundacji Badawczej Sao Paulo (FAPESP) za granty #2024/05158-6 i 2023/17090-4 oraz wsparcie finansowe dla Centrum Badań nad Żywnością (FoRC) #2013/07914-8.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| DMSO | Synth | ||
| Farnezol | Sigma-Aldrich | Zobacz materiał F203 | 95% |
| Linalool | Sigma-Aldrich | Zobacz materiał L2602 | 97% |
| Luria-Bertani Medium | Firma Difco | 244620 | |
| Optyczna folia samoprzylepna | Rybak termiczny | 4311971 | Wzmacniacz MicroAmp |
| Resweratrol | Sigma-Aldrich | Czynnik R5010 | ≥ 99% (HPLC) |
| Czytnik wielomodowy Synergy HTX | Biotek | ||
| Płytki do hodowli tkankowych 96 dołków | Kasvi powiedział: | Zobacz materiał K12-096 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie