В этой статье мы представляем высокопроизводительную стратегию скрининга для выявления химических соединений, таких как осмолиты, которые оказывают значительное влияние на бактериальную персистенцию.
Методическая статья
В этой статье мы представляем высокопроизводительную стратегию скрининга для выявления химических соединений, таких как осмолиты, которые оказывают значительное влияние на бактериальную персистенцию.
Бактериальные персистенты определяются как небольшая субпопуляция фенотипических вариантов со способностью выдерживать высокие концентрации антибиотиков. Они являются важной проблемой для здоровья, поскольку они связаны с рецидивирующими хроническими инфекциями. Хотя стохастическая и детерминированная динамика механизмов, связанных со стрессом, как известно, играет значительную роль в персистентности, механизмы, лежащие в основе фенотипического перехода в состояние персистентности / из него, не полностью поняты. Хотя факторы стойкости, вызванные сигналами окружающей среды (например, истощение источников углерода, азота и кислорода), были широко изучены, воздействие осмолитов на стойкость еще предстоит определить. Используя микрочипы (т.е. 96 пластин скважин, содержащих различные химические вещества), мы разработали подход к выяснению влияния различных осмолитов на персистенцию кишечной палочки с высокой пропускной способностью. Этот подход является преобразующим, поскольку он может быть легко адаптирован для других скрининговых массивов, таких как панели лекарств и библиотеки нокаута генов.
Бактериальные культуры содержат небольшую субпопуляцию персистентных клеток, которые временно терпимы к необычно высоким уровням антибиотиков. Персистентные клетки генетически идентичны своим чувствительным к антибиотикам сородиням, и их выживание объясняется временным ингибированием роста1. Персистентные клетки были впервые обнаружены Глэдис Хобби2, но этот термин был впервые использован Джозефом Биггером, когда он идентифицировал их в обработанных пенициллином культурах Staphylococcus pyogenes 3. Основополагающее исследование, опубликованное Balaban et al.4, обнаружило два типа персистентов: варианты типа I, которые в основном формируются при прохождении через стационарную фазу, и варианты типа II, которые непрерывно генерируются во время экспоненциального роста. Персистенты обнаруживаются с помощью клоногенных анализов выживаемости, в которых образцы культуры берутся через различные промежутки времени во время лечения антибиотиками, промываются и покрываются на типичной питательной среде для подсчета выживших клеток, которые могут колонизироваться в отсутствие антибиотиков. Существование персистентов в клеточной культуре оценивается по двухфазной кривой убийства4,5, где начальный экспоненциальный распад указывает на гибель чувствительных к антибиотикам клеток. Тем не менее, тенденция к уничтожению со временем уменьшается, что в конечном итоге приводит к плато, которая представляет собой выжившие персистентные клетки.
Персистентные клетки были связаны с различными заболеваниями, такими как туберкулез6,муковисцидоз7,кандидоз8 и инфекции мочевыводящих путей9. Было обнаружено, что почти все микроорганизмы, протестированные до сих пор, генерируют персистентные фенотипы, включая высокопатогенные Mycobacterium tuberculosis6, Staphylococcus aureus10, Pseudomonas aeruginosa7 и Candida albicans8. Недавние исследования также свидетельствуют о росте мутантов с множественной лекарственной устойчивостью из персистных субпопуляций11,12. Значительные усилия в этой области показали, что механизмы сохранения являются весьма сложными и разнообразными; известно, что как стохастические и детерминированныефакторы,связанные с реакцией SOS13,14,активных форм кислорода (АФК)15,системами токсина/антитоксина (ТА)16,аутофагией или самоперевариванием17 и строгим ответом18, связанным с ppGpp, облегчают образование персистаторов.
Несмотря на значительный прогресс в понимании фенотипа персистенции, влияние осмолитов на бактериальную персистенцию не было полностью понято. Поскольку поддержание оптимального осмотического давления является необходимостью для роста клеток, правильного функционирования и выживания, углубленное изучение осмолитов может привести к потенциальным целям для антиперсистентных стратегий. Несмотря на трудоемкий, высокопроизводительный скрининг является очень эффективным подходом к выявлению метаболитов и других химических веществ, которые играют решающую роль в фенотипе персистенции19,20. В этой работе мы обсудим наш опубликованный метод19,где мы использовали микрочипы, т.е. 96 пластин скважин, содержащих различные осмолиты (например, хлорид натрия, мочевину, нитрит натрия, нитрат натрия, хлорид калия), для выявления осмолитов, которые существенно влияют на персистенцию E. coli.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
1. Приготовление питательной среды, раствора офлоксацина и запасов клеток E. coli
2. Размножение клеток для устранения ранее существовавщих персистаторов
3. Проверка устранения ранее существовающих персистерных клеток
4. Экранирование пластин микрочипов
5. Проверка выявленных условий
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
На рисунке 1 описан наш экспериментальный протокол. Эксперименты с циклом разбавления/роста (см. Протокол 2) были адаптированы из исследования, проведенного Keren et al.5, для устранения персистентов, происходящих из ночных культур. Рисунок 2А представляет собой репрезентативное изображение агаровых пластин, используемых для определения уровней КОЕ клеточных культур до и после обработки OFX. В этих экспериментах клетки культивировали в мо...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Описанный здесь высокопроизводительный персистерный анализ был разработан для выяснения влияния различных химических веществ на персистенцию E. coli. В дополнение к коммерческим пластинам ТЧ микрочипы могут быть изготовлены вручную, как описано в шаге 4.2. Кроме того, протокол, представленный здесь, является гибким и может быть использован для скрининга других микрочипов, таких как панели лекарств и библиотеки ячеек, которые находятся в форматах пластин 96 скважин. Экспериментальные условия, включая фазу роста, ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторам нечего раскрывать.
Мы хотели бы поблагодарить членов Orman Lab за их ценный вклад в это исследование. Это исследование финансировалось премией NIH / NIAID K22AI125468 за переход к карьере и грантом на запуск Университета Хьюстона.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Пробирка 14 мл | Fisher Scientific | 14-959-1B | |
| E. coli штамм MG1655 | Принстонский университет | Получено из лаборатории Бринильдсена | |
| 96-луночный планшет с плоским дном | США Scientific | 5665-5161 | |
| Газопроницаемая уплотнительная мембрана | VWR | 102097-058 | Стерилизована гамма-облучением и не содержит цитотоксинов |
| Полуплощадь плоскодонный 96-луночный планшет | VWR | 82050-062 | |
| LB агар | Fisher Scientific | BP1425-2 | Молекулярная генетика |
| сорт офлоксациновой соли | VWR | 103466-232 | ВЭЖХ ≥ 97.5 |
| Микрочип фенотипа (PM-9 и PM-10) | Biolog | N/A | PM-9 и PM-10 планшеты содержали различные осмолиты и буферы соответственно |
| Круглодонный 96-луночный планшет | США Scientific | 5665-0161 | |
| Хлорид натрия | Fisher | Scientific S271-500 | Сертифицированный ACS класс |
| Нитрат натрия | Fisher Scientific | AC424345000 | класс реагента ACS |
| Нитрит натрия | Fisher Scientific | AAA186680B | чистотой 98% |
| Квадратная чашка Петри | Fisher Scientific | FB0875711A | |
| Триптон | Fisher Scientific | BP1421-500 | Молекулярная генетика марки |
| Varioskan lux многорежимный микропланшетный ридер | Thermo Fisher Scientific | VLBL00D0 | Используется для измерения оптической плотности при длине волны 600 нм |
| Дрожжевой экстракт | Fisher Scientific | BP1422-100 | Молекулярно-генетический сорт |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение