Целью данного протокола является количественная оценка продукции виолацеина Chromobacterium violaceum ATCC 12472 в качестве косвенного показателя для оценки ингибирования чувства кворума биологически активными соединениями.
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.
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение