RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
ru_RU
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Marco Cafora1,2, Francesca Forti3, Federica Briani3, Daniela Ghisotti3, Anna Pistocchi2
1Dipartimento di Scienze Cliniche e Comunità,Università degli Studi di Milano, 2Dipartimento di Biotecnologie Mediche e Medicina Traslazionale,Università degli Studi di Milano, LITA, 3Dipartimento di Bioscienze,Università degli Studi di Milano
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Представлено здесь протокол для Pseudomonas aeruginosa инфекции и фаг терапии применения в муковисцидоз (CF) эмбрионов зебры.
Устойчивость к противомикробным препаратам, которое является одним из основных следствий диагностической неопределенности и чрезмерной предписания противомикробных препаратов, является все более признанной причиной тяжелых инфекций, осложнений и смертности во всем мире, что оказывает огромное воздействие на наше общество и систему здравоохранения. В частности, пациенты с ослабленной иммунной системой или уже существующими и хроническими патологиями, такими как муковисцидоз (CF), подвергаются частым антибиотикам для борьбы с инфекциями с появлением и распространением мультирезистентных изолятов. Поэтому существует настоятельная необходимость в решении альтернативных методов лечения для противодействия бактериальным инфекциям. Использование бактериофагов, естественных врагов бактерий, может быть возможным решением. Протокол, подробно описанный в этой работе, описывает применение фаговой терапии против инфекции Pseudomonas aeruginosa в эмбрионах зебры. Эмбрионы зебры были инфицированы P. aeruginosa, чтобы продемонстрировать, что фаг-терапия эффективна против инфекций P. aeruginosa, поскольку она снижает летальность, бактериальное бремя и провоспалительный иммунный ответ в эмбрионах CF.
Фаге терапии, использование естественных врагов бактерий для борьбы с бактериальными инфекциями, набирает новый интерес, как бактериальная устойчивость к антибиотикамстановится широко распространенным 1,2. Эта терапия, используемая в течение десятилетий в Восточной Европе, можно считать дополнительным лечением антибиотиков в лечении легочных инфекций у пациентов с CF и возможной терапевтической альтернативой для пациентов, инфицированных бактериями, которые устойчивы ко всем используемым в настоящее времяантибиотикам 2,3. Преимущества антибиотикотерапии в том, что бактериофагы размножаются на месте инфекции, в то время как антибиотики метаболизируются ивыбывают из организма 4,,5. Действительно, администрирование коктейлей вирулентных фагов, изолированных в различных лабораториях, оказалось эффективным в лечении инфекций Pseudomonas aeruginosa в животных моделях, таких как насекомыеи млекопитающие 6,7,8. Фаге терапии было также показано, чтобы быть в состоянии уменьшить бактериальную нагрузку в ожоговых ран, инфицированных P. aeruginosa и Escherichia coli в рандомизированных клиническихиспытаний 9.
Зебрафиш(Danio rerio) недавно стала ценной моделью для изучения инфекций с несколькими патогенами, в том числе P. aeruginosa10,11, Mycobacterium abscessus и Burkolderia cepacia12,13. Путем микроинъекций бактерий сразу вциркуляцию крови зародыша 14 легко установить системную инфекцию которая противодействована зебрафиш врожденной иммунной системой, которая эволюционирована сохранена с нейтрофилами и поколением макрофагов подобно к людским двойнику. Кроме того, в течение первого месяца жизни эмбрионы зебры не имеют адаптивного иммунного ответа, что делает их идеальными моделями для изучения врожденного иммунитета, который является критическим защитным механизмом в легочныхинфекциях человека 15. Зебрафиш недавно появилась как мощная генетическая модель системы, чтобы лучше понять начало CF и разработать новыефармакологические методы лечения 10,,16,17. CF зебрафиш модель cftr нокдаун генерируется с морфолино инъекции в зебрафиш представил смоченной реакции респираторного всплеска и снижениемиграции нейтрофилов 10, в то время как cftr нокаут приводит к нарушению внутреннего положения органа и разрушение экзокринной поджелудочной железы, фенотип, которыйотражает болезни человека 16,17. Наибольший интерес представляет вывод о том, что бактериальная нагрузка P. aeruginosa была значительно выше в cftr-потеря-функции эмбрионов, чем в контроле на 8 часов после заражения (hpi), который параллели результаты, полученные с мышами и человека бронхиальных эпителиальныхклеток 2,18. cftr
В этой работе мы демонстрируем, что фаг-терапия эффективна против инфекций P. aeruginosa у эмбрионов зебры.
Взрослые зебры(Danio rerio) из штамма AB (Европейский ресурсный центр Зебрафиш E'RC) поддерживаются в соответствии с международными (Директива ЕС 2010/63/EU) и национальными руководящими принципами(итальянский указ от 4 марта 2014 года, n. 26) о защите животных, используемых в научных целях. Стандартные условия устанавливаются на рыбном объекте с 14 ч темного цикла света/10 ч и температурой воды в резервуаре при температуре 28 градусов по Цельсию.
1. Подготовка решений и инструментов
2. P. aeruginosa (PAO1) инокулум препарат
3. Подготовка запасов фаге
4. Приготовление коктейлей Фаге
5. Сбор и подготовка эмбрионов зебры для микроинъекции cftr morpholinos
ПРИМЕЧАНИЕ: Соберите 1-2 клеточных эмбрионов из диких зебры типа для микроинъекции cftr morpholinos(cftr-MOs).
6. Микроинъекция эмбрионов зебры с бактериями и фагом коктейля
ПРИМЕЧАНИЕ: Для выполнения системной инфекции, эмбрион должен иметь кровообращение, которое обычно начинается после 26 л.с.
7. Оценка бактериального бремени эмбрионов, вводимых с помощью ПАО1 и фагов
8. Оценка летальности эмбрионов, вводимых с помощью ПАО1 и фагов
9. Подготовка эмбрионов к стереомикроскопу замедленной визуализацииинфекции GFP и PAO1
10. Экспрессионистский анализ провоспалительных цитокинов
Результаты и цифры, представленные здесь, ссылаются на эмбрионы CF, генерируемые путем инъекции cftr morpholinos,как описано ранее 10 и в шаге 5. Для проверки фенотипа CF были рассмотрены нарушения положения внутренних органов, таких как сердце, печень иподжелудочная железа, как описано ранее17 (рисунок 1). Аналогичные результаты были получены в случае эмбрионов WT, как сообщалось в нашей предыдущейпубликации 19.
Бактериальное бремя было уменьшено фаг-терапией в эмбрионах CF, инфицированных PAO1. Кроме того, мы оценили бактериальную нагрузку на уровне 8 л.с. путем гомогенизации групп из 15 эмбрионов: среднее количество бактерий (cfu/embryo), присутствующих в зараженных эмбрионах PAO1, сократилось примерно до 20% после лечения фагом, тем самым подтвердив менее тяжелую инфекцию в присутствии фаговогококтейля (рисунок 2).
Летальность была снижена с помощью фаготерапии в эмбрионах CF, инфицированныхбактериями GFP и PAO1. CF эмбрионы зебры на 48 л.с. были введены с GFPи бактерии штамма PAO1 в дозе, которая вызвала 50% летальности после 20 л.с. (30 cfu/embryo, Рисунок 3A). Местом инъекции был желток или проток Кювье для создания системной инфекции. Фаг-терапия против инфекции ПАО1 была протестирована путем введения 2 nL одинаково смешанного фагового коктейля (300-500 pfu/embryo). Инъекция была выполнена в двух разных точках времени: 30 мин (ранний) и 7 часов (поздно) после бактериальной инъекции. В обоих случаях летальность была снижена на 20 л.с., что указывает на эффективность фаг-терапии(рисунок 3B).
С живой визуализации, используя флуоресцентный стереомикроскоп, мы также следили за прогрессированием инфекции в эмбрионах CF вводили сGFP PAO1 и показал эффективность фаготерапии в снижении распространения флуоресцентных бактерий над желтковый мешок. В верхней части рисунка 4показан инъекционный эмбрион CF-PAO1 с размножением бактерий GFP- на уровне 4, 9, 14 и 18 л.с., в то время как эмбрион CF-PAO1 с пониженной флуоресценцией из-за действия фага против бактерий показан внижней части (рисунок 4).
Фаг-терапия уменьшила воспалительный ответ, порожденный инфекцией PAO1 в эмбрионах CF. Мы также оценили иммунный ответ, генерируемый PAO1 и PAO1 и инъекцией фагов на 8 л.с. Как и ожидалось, экспрессия провоспалительных цитокинов TNF-a и IL-1, проанализированных методами qPCR, была значительно увеличена после инъекций PAO1 по сравнению с контролем, в то время как она была уменьшена с коинъемой фагового коктейля(рисунок 5A,B).

Рисунок 1: Поколение и проверка эмбрионов CF при инъекциях cftr morpholinos(cftr-MOs). (A)Нарушение положения и цикл сердца в CF вводили эмбрионы по сравнению с дикого типа (WT) эмбрионов. Сердце визуализируется с выражением cmlc2 с помощью метода гибридизации наместе. (B) Нарушение положения печени (стрелки) и поджелудочной железы в эмбрионах CF по сравнению с WT. Печень и поджелудочная железа визуализированы с выражением prox1a методами гибридизации на месте. Шкала баров указывает на 100 мкм. лив: печень; p: поджелудочная железа. Цифра перепечатывается с19 Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Рисунок 2: Бактериальное бремя в эмбрионах CF, инфицированных PAO1 или PAO1-фагов.. Относительный процент cfu/embryo в PAO1'phages против эмбрионов PAO1 дается. Сообщается о среднем и SD трех независимых экспериментов. Цифра перепечатывается с19. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Рисунок 3: Летальность эмбрионов CF зебры, инфицированных PAO1 и PAO1-фагов. (A) Определение LD50 в 48 л.с. зебры эмбрионов microinjected с cftr-MOна 1-клеточной стадии (CF эмбрионов) и инфицированных на 48 л.с. с 2 nL культуры PAO1, содержащий все большее количество бактерий (cfu/embryo). Летальность эмбрионов наблюдалась на уровне 20 л.с. (B) Летальность на 20 л.с. эмбрионов CF инфицированных PAO1 на 48 л.с. и лечение фагом коктейль (PAO1 "Φ). Среднее и SD сообщили от шести и четырех экспериментов, соответственно, каждый с 25-40 эмбрионов. Угловая трансформация была применена к проценту летальности и одной стороны ANOVA следуют тест Дункан был использован. Цифра перепечатывается с19. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Рисунок 4: Изображение эффективности фаг терапии у зебры. Прогрессирование инфекции в эмбрионах CF после инъекции PAO1 (верхний эмбрион) и эффективность фаг-терапии в PAO1-фагов вводили эмбрионы (нижний эмбрион) на 4, 9, 14 и 18 л.с. Шкала бар указывает 100 микрон. Цифра перепечатывается с19. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Рисунок 5: Выражение пр- и противовоспалительных цитокинов после PAO1 и PAO-фаге администрации. Уровни экспрессии генов TNF-a (A) и IL-1, измеряемые RT-qPCR на уровне 8 л.с. в эмбрионах CF, вводимых с PAO1 и PAO1-Φ при 48 л.с. и нормализованных с использованием экспрессии rpl8. Сообщается о среднем и SD четырех экспериментов. Статистическая значимость была оценена ANOVA, а затем тест Дункана: для TNF- a (CF) против (CF-PAO1) р 0,015 евро; (CF) vs (CF-PAO1)Φ) р 0,019 евро; (CF-PAO1) vs (CF-PAO1) Φ) р 0,77 н.с.; для ИЛ-1 (CF) против (CF-PAO1) р 0,00014;; (CF) vs (CF-PAO1) Φ) р - 0,00068 "; (CF-PAO1) vs (CF-PAO1) Φ) р 0,031. Цифра перепечатывается с19. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
| Решения | Подготовка |
| Обезболивающее решение 25X | 4 мг/мл Tricaine в дистиллированной H2O. |
| Обезболивающее рабочее решение 1X | разбавить вдистиллированнойH 2 O Tricaine фондовый раствор 25X препарат для достижения концентрации 1X (0,16 мг/мл) Tricaine дистиллированной H2O. |
| CsCl д'1.3 | 20,49 г в 50 мл ТН |
| CsCl д'1.4 | 20,28 г в 50 мл ТН |
| CsCl d'1.5 | 34,13 г в 50 мл ТН |
| CsCl д'1.6 | 41,2 г в 50 мл ТН |
| E3 эмбриона среды для эмбриона зебры | 1 л 1of E3 (разбавить 50X бульон с дистиллированной H2O) 200 мкл 0,05% метил-голубой . Магазин на RT. |
| E3 эмбрион среднего запаса раствор (50X) | 73,0 г NaCl, 3,15 г KCl , 9,15 г CaCl2 , и 9,95 г MgSO4 в 5 л дистиллированной H2O. Магазин на RT. |
| LB агар | 10 г/л триптона, экстракт дрожжей 5 г/л, 5 г/л накл, 10 г/л агара |
| Бульон LB | для 1L: 950 мл H2O, 10 г триптона, 10 г NaCl, 5 г экстракта дрожжей |
| PBST | PBS 1X и Тритон X 1% |
| Физиологическое решение | 0,9% NaCl |
| Пигментация блокирует фондовый раствор 10X | 0,3 мг/мл фенил тиуреа (ПТУ) порошок в E3 эмбриона среды для эмбриона зебры |
| Проназное акционерное решение 5X | 5 мг/мл проназного порошка в среде эмбриона E3 для эмбриона зебры |
| Буфер TN | 10 мМм Трис HCl рН 8,0, 150 мм НаКл |
Таблица 1: Подготовка решений.
| Имя гена | Праймер последовательность |
| TNF-альфа Fw | 5'-TGCTTCACGCTCCATAAGACC-3' |
| TNFalpha Rev | 5'-CAAGCCACCTGAAGAAAAGG-3' |
| IL1-бета Fw | 5'-TGGACTTCGCAGCAAAATG-3' |
| IL1-бета Rev | 5'-CGTTCACTTCACGCTCTTGGATG-3' |
| rpl8 Fw | 5'-CTCCGTCTTCAAAGCCCAT-3' |
| rpl8 Rev | 5'-TCCTTCACGATCCCCTTGAT-3' |
Таблица 2: Праймеры, используемые для RT-qPCR.
Авторов нечего раскрывать.
Представлено здесь протокол для Pseudomonas aeruginosa инфекции и фаг терапии применения в муковисцидоз (CF) эмбрионов зебры.
Эта работа была поддержана Итальянским фондом муковисцидоза (FFC No22/2017; Ассоциазионе "Gli amici della Ritty" Casnigo и FFC No23/2019; Un respiro в Пио Онлус Ла Мано теса Онлус).
| Bacto Agar | BD | 214010 | |
| Кальция хлорид | Sigma-Aldrich | 10043-52-4 | |
| CsCl | Sigma-Aldrich | 289329 | |
| фоспатный солевой буфер Dulbecco PBS | Sigma-Aldrich | D8537 | |
| Этил3-аминобензоат метансульфонат | Sigma-Aldrich | 886-86-2 | общее название трикаин |
| Микроманипулятор Femtojet | Eppendorf | 5247 | |
| Fleming/brown P-97 | Sutter Instrument Company | P-97 | |
| LE-Agarose | Sigma-Aldrich | 11685660001 | |
| Легкоплавкая агароза | Sigma-Aldrich | CAS 9012-36-6 | |
| Сульфат магния | Sigma-Aldrich | 7487-88-9 | |
| Метиловый синий | Sigma-Aldrich | 28983-56-4 | |
| Иглы для микроинъекций | Гарвардский аппарат | ||
| N-Phenylthiourea >=98% | Aldrich-P7629 | 103-85-5 | |
| Олиго Морфолино | Генные инструменты | , | разработанные исследователем |
| PEG6000 | Calbiochem | 528877 | |
| Феноловый красный раствор | Sigma-Aldrich | CAS 143-74-B | |
| Хлорид калия | Sigma-Aldrich | 7447-40-7 | |
| Проназа | Sigma-Aldrich | 9036-06-0 | |
| Реагент ACS хлорида натрия, ≥ 99,0% | Sigma-Aldrich | S9888 | |
| Стереомикроскоп | Leica | S9I | |
| Tris HCl | Sigma-Aldrich | T5941 | |
| Triton X | Sigma-Aldrich | T9284 | |
| Триптон | Оксоидный | LP0042B | |
| дрожжевой экстракт | Оксоидный | LP0021B | |
| Z-MOLDS Микроинъекция | Слово Прецизионные приборы |