Целью данного протокола является количественная оценка продукции виолацеина Chromobacterium violaceum ATCC 12472 в качестве косвенного показателя для оценки ингибирования чувства кворума биологически активными соединениями.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Целью данного протокола является количественная оценка продукции виолацеина Chromobacterium violaceum ATCC 12472 в качестве косвенного показателя для оценки ингибирования чувства кворума биологически активными соединениями.
Бактерии общаются с помощью системы, известной как чувство кворума (QS), которая позволяет им координировать свое поведение в ответ на изменения плотности клеток. Этот процесс включает в себя производство, секрецию и обнаружение небольших внеклеточных сигнальных молекул, обычно называемых аутоиндукторами (ИИ). QS регулирует широкий спектр генов и функций, включая образование и распространение биопленки, подвижность роения, выработку факторов вирулентности, устойчивость к антибиотикам и биолюминесценцию, среди прочего. Ингибирование QS стало многообещающей антивирулентной стратегией против устойчивых к антибиотикам бактерий, поскольку оно оказывает более низкое селективное давление по сравнению с традиционными антибиотиками. В бактерии Chromobacterium violaceum ATCC 12472 белки QS CviI/CviR, которые гомологичны белкам QS типа LuxI/LuxR Aliivibrio fisheri, контролируют многие гены, в том числе те, которые отвечают за выработку фиолетового пигмента виолацеина. C. violaceum широко используется в качестве биосенсорного штамма в исследованиях ингибирования QS, в частности, ингибирования продукции виолацеина. Многие соединения обладают потенциалом ингибирования QS, связываясь с белками QS, либо с гомологами LuxI, либо с LuxR, нарушая цепи QS. В настоящем протоколе описан метод количественного определения виолацеина, продуцируемого C. violaceum ATCC 12472, и его ингибирования биологически активными соединениями в концентрациях, не влияющих на рост бактерий. Описанный здесь анализ демонстрирует значительное снижение продукции виолацина исследуемыми соединениями. Это исследование подчеркивает потенциал использования этого протокола для скрининга перспективных кандидатов в исследованиях ингибирования QS.
Бактерии могут общаться через систему, известную как QS, которая обеспечивает скоординированную модуляцию их поведения в ответ на изменения плотности клеток. Этот процесс включает в себя производство, секрецию и обнаружение малых внеклеточных сигнальных молекул, также называемых аутоиндукторами, которые обеспечивают связь как между различными видами, так и внутри одного вида 1,2.
Эта коммуникация способна регулировать гены и функции, такие как образование и диспергирование биопленки, подвижность и адгезия, пролиферация клеток, синтез экзоферментов и сидерофоров, спорообразование, устойчивость к кислотам, горизонтальный перенос генов, устойчивость к антибиотикам, биолюминесценция, производство экзополисахаридов и др. 3,4,5. Учитывая актуальность QS-регулируемых фенотипов, существует большой интерес к разработке систем, способных вмешиваться в эту клеточную коммуникацию. Ингибирование передачи сигналов QS также называется подавлением кворума (QQ)6. QQ может происходить несколькими путями, включая ингибиторы синтеза аутоиндукторов, ферментативную инактивацию этих сигналов, а также молекулы с антагонистическим действием на эти молекулы 4,7.
Растущая угроза устойчивости к антибиотикам подтолкнула к исследованиям альтернативных методов лечения, включая ингибиторы чувства кворума (QSI), которые нарушают бактериальную коммуникацию, не убивая патогены напрямую. Эти соединения могут проявлять синергетический эффект в сочетании с антибиотиками, повышая восприимчивость бактерий и позволяя снизить дозы антибиотиков, что является ключевой стратегией для замедления развития резистентности. Например, ресвератрол и канамицин вместе задерживают рост Aeromonas hydrophila 8, в то время как N-ацетилцистеин синергирует с тобрамицином, разрушая биопленки Pseudomonas aeruginosa 5.
В условиях чрезмерного использования антибиотиков и застоя в разработке лекарств антивирулентные подходы, такие как ингибирование QS,предлагают смену парадигмы. Вместо того, чтобы нацеливаться на жизнеспособность, они нацелены на факторы вирулентности, делая бактерии менее вредными и более уязвимыми к иммунитету хозяина или антибиотикам. Эта стратегия обеспечивает более слабое селективное давление по сравнению с традиционными антибиотиками, сводя к минимуму резистентность и сохраняя полезную микробиоту10,11. Несмотря на многообещающие лабораторные результаты, реальная валидация с помощью клинических испытаний остается недостаточно изученной12. Ингибирование QS представляет собой многообещающее дополнение к антибиотикам, но его применение на практике требует дополнительных доказательств эффективности и безопасности в сложных биологических средах.
C. violaceum — это бета-протеобактерия, которая образует фиолетовые колонии с гладкой и блестящей поверхностью. Они являются факультативными анаэробными бациллами и не образуют спор13. Механизм QS у C. violaceum включает в себя петлю положительной обратной связи, основанную на системе генов, аналогичной lux-модели Aliivibrio fisheri, которая содержит белки CviI (гомологичные LuxI) и CviR (гомологичные LuxR; Рисунок 1). Виолацеин проявляет биоцидную активность в отношении различных организмов, включая грибы, бактерии, нематоды и вирусы, особенно во время фазы стационарного роста микроорганизмов, когда плотность популяции чрезвычайно высока, а питательные вещества почти истощены. Следовательно, производство виолацеина можно рассматривать как конкурентную стратегию для продления выживания микробной колонии14.
Растения производят соединения, возникающие в результате вторичного метаболизма, которые играют решающую роль в повышении их способности адаптироваться к неблагоприятной окружающей среде. Эти метаболиты, такие как алкалоиды, фенолы, флавоноиды, хиноны, дубильные вещества, терпены и лектины, широко признаны в качестве защитных механизмов против травоядных животных и микроорганизмов. Потенциал соединений растительного происхождения в качестве QSI привлек особое внимание из-за динамического взаимодействия между растениями и микроорганизмами. Исследования взаимодействия растений и патогенов в ризосфере показали, что растения могут реагировать на бактериальные аутоиндукторы, выделяя биологически активные соединения, способные действовать как ингибиторы противпатогенов.
В данном исследовании мы описываем практический метод, направленный на количественную оценку продукции виолацеина C. violaceum, уделяя особое внимание его ингибированию биологически активными соединениями. Этот метод служит в качестве исходного инструмента скрининга для отбора соединений с потенциальной активностью QSI. Он обеспечивает быстрый и практический подход к будущим терапевтическим разработкам против грамотрицательных патогенных бактерий. Этот стандартизированный протокол будет полезен, поскольку он предоставляет подробное описание, которое не было сделано в предыдущих исследованиях, и облегчит сравнение между различными исследованиямив будущем.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
1. Подготовка культуры (Рисунок 2)
2. Приготовление компаунда
3. Серийное разведение20 и подготовка планшетов (Рисунок 3)
ПРИМЕЧАНИЕ: Последовательное разбавление используется для быстрой оценки диапазона концентраций испытуемого соединения. В этом процессе соединение последовательно разбавляют в постоянном соотношении, в данном случае 1:2. При каждом разведении концентрация соединения уменьшается вдвое по сравнению с предыдущей концентрацией, что приводит к уменьшению диапазона концентраций20.
4. Инкубация и экстракция виолацина
5. Количественная оценка продукции виолацина
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Для получения показанных здесь результатов были использованы три биологически активных соединения, ранее изученные нашей исследовательской группой8: ресвератрол, фарнезол и линалоол. Каждое соединение было проверено на его способность ингибировать продукцию виолацеина в C. violaceum ATCC 12472, фенотип, регулируемый системой QS над опероном vioABCDE 23.
Полученные результаты подтверждают эффективность нашего протокола в количест...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Первый метод извлечения и определения характеристик виолацеина из C. violaceum появился в 1990-х годах, сосредоточившись на выявлении подходящих источников углерода для синтеза пигмента. В этом процессе виолацеин вместе с клетками и питательной средой высушивали, ресуспендировали в этаноле, а затем отделяли путем экстракции надосадочной жидкостью. Виолацеин, теперь растворенный в этаноле, впоследствии снова высушивали, получая чистую, сухую форму пигмента27
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих финансовых интересов.
Мы хотели бы поблагодарить Национальный совет по научному развитию (CNPQ) в виде грантов #403661/2023-4 и #444794/2024-7 и стипендии #306685/2022-1, а также Исследовательский фонд Сан-Паулу (FAPESP) за гранты #2024/05158-6 и 2023/17090-4 и финансовую поддержку Центра исследований продуктов питания (FoRC) #2013/07914-8.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| ДМСО | Синтезатор | ||
| Фарнезол | Сигма-Олдрич | Ф203 | 95% |
| Линалоол | Сигма-Олдрич | Л2602 | 97% |
| Лурия-Бертани Медиум | Дифко | 244620 | |
| Оптическая адгезивная пленка | Термо Фишер | 4311971 | Усилитель MicroAmp |
| Ресвератрол | Сигма-Олдрич | Р5010 | ≥ 99% (ВЭЖХ) |
| Многорежимный считыватель Synergy HTX | Биотек | ||
| Планшеты для культивирования тканей 96 лунок | Касви | К12-096 |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.