Многие клинически значимые грамотрицательные патогены, такие как Yersinia, Vibrio, Escherichia, Pseudomonas и Shigella, кодируют систему секреции III типа (T3SS) для введения эффекторных белков в клетки-хозяева1. У многих видов бактерий T3SS находится под строгимрегуляторным контролем2. Например, транслокация эффекторных белков Yersinia T3SS в клетки-мишени хозяина имеет решающее значение для подрыва защитных механизмов хозяина и обеспечения бактериальной колонизации тканей хозяина. Тем не менее, активность Yersinia T3SS метаболически обременительна и может вызывать распознавание иммунными рецепторами хозяина3. Соответственно, регуляторы, которые ощущают специфические сигналы окружающей среды, контролируют экспрессию генов T3SS у многих видов бактерий. Поскольку патогены, такие как Yersinia, испытывают изменения окружающей среды во время цикла заражения, которые влияют на экспрессию критических факторов вирулентности, важно разработать лабораторные условия, которые имитируют характерные особенности ниш хозяина, занимаемых бактериальными патогенами. В частности, напряжение кислорода и доступность железа различаются между различными участками тканей пространственно-временным образом и влияют на экспрессию генов вирулентности, таких как T3SS 4,5,6. Таким образом, цель этого метода состоит в том, чтобы оценить, как кислород и железо влияют на экспрессию Yersinia T3SS. Это позволит получить представление о динамике взаимодействия хозяина и патогена.
Описанный здесь метод подробно описывает, как культивировать Yersinia pseudotuberculosis аэробно и анаэробно, а также как истощить запасы железа Yersinia во время аэробного или анаэробного роста. Здесь выделено несколько важных соображений относительно успешного культивирования бактерий в этих изменчивых условиях. Во-первых, анаэробное культивирование требует дополнительного приема глюкозы, модификация которой отмечена в рецепте среды. Во-вторых, поскольку Y. pseudotuberculosis использует сидерофоры и другие системы поглощения железа, которые могут надежно поглощать железо из окружающей среды, особое внимание уделяется тому, чтобы питательные среды и лабораторная посуда были как можно более свободными от железа. В предыдущих исследованиях использовались хелаторы железа, такие как дипиридил, для истощения железа из богатых бактериальных культур для имитации железного голодания 8,9. Тем не менее, истощение запасов железа Yersinia для вызова железного голодания требует удаления остатков железа из стеклянной посуды и сред, а также длительного роста в отсутствие железа. В этом протоколе подробно описано, как мыть кислотой стеклянную посуду и хелатировать среду для удаления остатков железа, а также культивировать бактерии в течение нескольких поколений для обеспечения полного железного голодания. Железное голодание может быть обеспечено путем измерения относительных уровней транскриптов хорошо охарактеризованных железочувствительных генов в различных условиях, как показано здесь на примере yfeA и bfd.
Кульминация этого протокола демонстрирует, как осаждать секретируемые эффекторные белки T3SS из каждого из этих состояний путем обработки надосадочной жидкости культуры трихлоруксусной кислотой (TCA) и визуализации секретируемых белков с помощью SDS-PAGE. Наконец, относительная активность T3SS оценивается путем визуализации секретируемых белков с помощью окрашивания серебром и количественного определения относительных уровней эффекторных белков T3SS, называемых внешними белками Yersinia (Yops)10.
В анализах активности T3SS обычно используются специфические антитела для определения уровней эффекторного белка T3SS в надосадочной жидкости культуры. Тем не менее, антитела вестерн-блоттинга к эффекторным белкам T3SS часто не доступны в продаже. Поэтому особое внимание было уделено тому, чтобы окончательная визуализация активности T3SS в этом методе не требовала специфических антител, а вместо этого могла использовать окрашивание серебром, которое позволяет визуализировать все секретируемые белки. Хотя этот метод специально разработан и оптимизирован для Y. pseudotuberculosis, он может быть адаптирован и к другим видам бактерий, хотя точные условия среды и время инкубации могут варьироваться.