Most bacterial infections produce a biofilm. By virtue of their environment, biofilm associated bacteria are often phenotypically drug resistant. Novel antibacterial molecules that kill bacteria in biofilms are thus a high priority. We establish an assay to quickly screen for antimicrobial compounds that are effective at eradicating biofilms.
Most pathogenic bacteria are able to form biofilms during infection, but due to the difficulty of manipulating and assessing biofilms, the vast majority of laboratory work is conducted with planktonic cells. Here, we describe a peg plate biofilm assay as performed with Staphylococcus aureus. Bacterial biofilms are grown on pegs attached to a 96-well microtiter plate lid, washed through gentle submersion in buffer, and placed in a drug challenge plate. After subsequent incubation they are again washed and moved to a final recovery plate, in which the fluorescent dye resazurin serves as a viability indicator. This assay offers greatly increased ease-of-use, reliability, and reproducibility, as well as a wealth of data when conducted as a kinetic read. Moreover, this assay can be adapted to a medium-throughput drug screening approach by which an endpoint fluorescent readout is taken instead, offering a path for drug discovery efforts.
Microbi patogeni possono formare biofilm in vivo che portano a infezioni croniche non acute 1. Infezione biofilm-associata è un grave fattore di rischio di procedure mediche che coinvolgono l'impianto di corpi estranei (ad esempio, la sostituzione di ossa artificiali, le protesi mammarie) o l'installazione di tubi tracheali o cateteri urinari 2. In questi contesti, terapia anti-infettiva è quasi sempre necessario come infezioni biofilm-based sono raramente cancellati da soli, anche in individui immunocompetenti. Staphylococcus aureus è uno dei patogeni più frequentemente osservati implicati nella complicazioni biofilm correlati che si verificano durante l'uso di dispositivi medici invasivi 3.
Purtroppo, la natura stessa del biofilm da barriera protettiva rende più resistenti al trattamento delle cellule planctoniche 1,4, e la valutazione della efficacia clinica predetto è una parte critica sia inizialelo sviluppo di farmaci così come la sorveglianza della resistenza ai farmaci. Vi è un crescente riconoscimento che condizioni di laboratorio, si è concentrata sulle culture planctonici, potrebbero non rappresentare fedelmente la malattia del mondo reale 5. Ulteriori aggravando il problema, la replica di fenotipi biofilm è difficile, e modelli biofilm esistenti sono noioso e soffrono di alta inter- e intra-assay variabilità 6. Così, molti ricercatori, per necessità, di default per saggi cellulari planctonici di sensibilità ai farmaci, quindi potenzialmente trascurare un aspetto importante della virulenza batterica e la malattia.
Qui si descrive il protocollo per il saggio di batteri, in particolare S. aureus, in biofilm pre-grown utilizzando una base di 7,8 sistema di biofilm ben 96. Mentre il protocollo per la formazione di biofilm e la sfida segue essenzialmente la raccomandazione del costruttore, presentiamo una metodologia ricca di informazioni alternative per quantificare la fattibilità del BIOFilm dopo sfida. Brevemente, i batteri sono coltivate in piastra piolo, dove biofilm formano sui pioli sporgenti collegati al coperchio della piastra. Dopo la formazione di biofilm, i pioli sono delicatamente immersi in pozzetti di una piastra fresca ripiena con PBS per rimuovere le cellule planctoniche. Il peg-coperchio, con biofilm allegate, viene trasferito in una nuova piastra sfida, contenente varie concentrazioni di antibiotici da dosare. Dopo una seconda incubazione, coperchi sono nuovamente rimosso, lavato, e trasferiti ad una piastra di recupero contenente resazurina tintura, dove subiscono una incubazione finale. conversione resazurina può essere registrata cineticamente o preso come una lettura finale dopo un periodo di recupero definito. Questo metodo di tintura a base di quantificare la vitalità del biofilm si differenzia notevolmente dalle noiose CFU (unità formanti colonie) metodologia basata su conteggio descritto nel protocollo originale 7. OD 600 misurazioni della piastra sfida droga e resazurina cinetiche di conversione fungono redditività letturaout di cellule planctonici e biofilm, rispettivamente, offrendo un test veloce, affidabile e tecnicamente semplice ricco di informazioni per la sopravvivenza biofilm.
Qui, abbiamo descritto un saggio biofilm modificato per determinare l'attività di inibitori testati su S. biofilm aureus concentrandosi sullo stato metabolico delle cellule biofilm associato. Mentre il biofilm iniziazione descritto e procedure di contestazione per lo più imitate raccomandazioni del produttore, l'uso di resazurina colorante per rilevare e quantificare le cellule biofilm associato che sopravvivono una sfida inibitore 24 ore semplifica notevolmente la procedura raccomandata di r…
The authors have nothing to disclose.
We thank Saran Kupul for technical assistance. This work was supported in part by NIH grant R01-AI104952 to FW. Further support was provided by the University of Alabama at Birmingham (UAB) Center for AIDS Research (CFAR), an NIH funded program (P30 AI027767) that was made possible by the following NIH Institutes: NIAID, NIMH, NIDA, NICHD, NHLDI, NIA.
Mueller-Hinton Medium | Oxoid | CM0405 | Follow recommendations of manufacturer |
RPMI-medium | Corning | 17-105-CV | |
CRPMI | Ref 9 | RPMI-1640 medium chelexed for 1h with Chelex 100 resin and then supplemented with 10% unchelexed RPMI-1640 | |
Chelex 100 Resin | Bio Rad | 142-2822 | |
MBEC-plates | Innovotech | 19111 | |
Resazurin Sodium Salt | Sigma | R7017 | 800µg/ml in DI water Filter sterile |
Micro Plate Shaking Platform | Heidolph Titramax 1000 | ||
Cytation 3 Plate Reader | Biotek | ||
Gen5 software | Biotek | Recording and analysis of resazurin conversion | |
Neocuproine | Sigma | N1501 | prepare 10 mM stock in 100% Ethanol, store at -80ºC |
Copper sulfate | Acros Organics | 7758-99-8 | prepare a 100 mM stock solution in water, store at 4ºC |
Cu-Neocuproine | Self-Made | Generated by mixing equal molarities of neocuproine and copper sulfate. Mix was diluted in CRPMI medium to desired concentration. | |
Gentamicin | Sigma | G3632-1G |