Summary

Kvantificering human norovirus virus-lignende partikler bindende for commensal bakterier ved hjælp af Flow cytometri

Published: April 29, 2020
doi:

Summary

Målet med denne protokol er at kvantificere bindingen af det eukaryote patogenhumane norovirus til bakterier. Efter at have udført en indledende virus-bakterie vedhæftet fil assay, flow cytometri bruges til at opdage viralt-bundet bakterier i befolkningen.

Abstract

Commensal bakterier er veletableret til at påvirke infektion af eukaryote vira. Direkte binding mellem patogenet og værtsmikrobiomet er ansvarlig for at ændre infektion for mange af disse vira. Således, karakterisere karakteren af virus-bakterier bindende er et grundlæggende skridt er nødvendig for at belyse den mekanisme (r), som bakterier ændrer virusinfektion. For humannorovirus, tilsvarende bakterier øge B celle infektion. Virussen direkte binder sig til disse bakterier, hvilket indikerer, at denne direkte interaktion er involveret i mekanismen for infektion ekstraudstyr. En række teknikker kan anvendes til at kvantificere interaktioner mellem bakterier og vira, herunder scintillation stælling af radioaktivt mærkede vira og polymerase kædereaktion (PCR). Begge metoder kræver brug af levende virus, som kan være nødvendigt at generere i laboratoriet. I øjeblikket er ingen af de etablerede in vitro-kultursystemer til rådighed for humant norovirus robuste nok til at give mulighed for generering af stærkt koncentrerede viruslagre. I stedet for levende virus, virus-lignende partikler (VLPs) er blevet brugt til at karakterisere samspillet mellem norovirus og bakterier. Heri en flow cytometri metode er beskrevet med anvendelser virus specifikke antistoffer til at kvantificere VLP binding til gram-negative og gram-positive bakterier. Inddragelse af både bakterier kun og isotype kontrol tilladt for optimering af analysen for at reducere baggrunden antistof bindende og nøjagtig kvantificering af VLP vedhæftet fil til de testede bakterier. Høje VLP:bakterieforhold resulterer i, at VLPs binder sig til store procentdele af bakteriepopulationen. Men når VLP mængder er faldet, procent af bakterier bundet også falder. I sidste ende, denne metode kan anvendes i fremtidige eksperimenter belyse de specifikke betingelser og strukturelle komponenter, der regulerer norovirus: bakterielle interaktioner.

Introduction

Human noroviruses (HuNoVs) er den hyppigste årsag til gastrointestinal sygdom på verdensplan, ansvarlig for 685 millioner infektioner og over 200.000 dødsfald hvert år1. Som med andre enteriske vira, tilstedeværelsen af kommensal bakterier har vist sig at øge infektion af dette patogen samt dens surrogat virus, murine norovirus2,3. Der er også modstridende rapporter om, at bakterier kan hæmme infektion med humannorovirus4,5,6. For flere vira synes den direkte interaktion mellem virus og bakterier at ligge til grund for de mekanismer, der påvirker virusinfektion2,7,8,9,10, og det er blevet vist gennem elektronmikroskopi, at humane norovira binder sig direkte til overfladen af bakterier ne11,12. Derfor, karakterisere disse interaktioner er blevet afgørende for at bestemme de mekanismer, som bakterier indvirkning virusinfektion. Denne karakteristik er klassisk begyndt med kvantificering af viral binding til en række bakteriearter , der er komponenter i værtsmikrobiomet7,12,13. Disse vedhæftede analyser ikke kun afsløre mængden af virus bundet til bakterier, men også støtte til bestemmelse af virkningen af denne interaktion på viral fitness og overlevelse.

For at kvantificere viral fastgørelse omfatter traditionelt anvendte metoder PCR-baserede analyser , som kvantificerer virale genomer12 eller genereringen af radioaktivt mærket virus og brugen af scintillationstælling til kvantificering af viruspartikler7,8,9,13. Anvendelsen af disse metoder kræver generelt adgang til lagre af virus med høj titer og in vitro-dyrkningsmetoder, som de kan anvendes til. Mens flere kultursystemer for humant norovirus nu findes2,14,15, ingen understøtter den robuste replikation kræves for at generere disse stærkt koncentrerede bestande, som begrænser eller eliminerer brugen af PCR og scintillation tælle at kvantificere menneskelige norovirus / bakterielle interaktioner.

For at omgå dette problem, virus-lignende partikler (VLPs) kan bruges som et surrogat til levende virus til at undersøge interaktioner mellem humannorovirus og bakterier16,17. VlPs er ikke-infektiøse partikler, der ligner den virus, som de er afledt af. I tilfælde af humannorovirus dannes disse partikler fra ekspressionen af VP1-proteinet (og engang VP2-proteinet), som selv samler for at skabe intakte virale kapeller, der mangler genetisk materiale (dvs. RNA for norovira). Disse VLP’er har været velkarakteriserede, er strukturelt og antigent magen til de vira af vildtypen , som de stammer fra18,19,20,21,22,23. Derfor, VLPs tjene som en ideel surrogat for at undersøge overfladen interaktioner mellem human norovirus og commensal bakterier. Da VLPs mangler genetisk materiale, kan PCR-baserede analyser ikke anvendes til kvantificering af viral binding. En antistofbaseret cytometrimetode blev tidligere beskrevet og i stand til at påvise lave niveauer af VLP-binding til bakterier på en semikvantitativ måde16. Denne metode blev optimeret til at muliggøre nøjagtig kvantificering af humant norovirus VLP binding til både gram-negative og gram-positive kommensal bakterier16.

Protocol

BEMÆRK: De bakterievækstbetingelser, der er skitseret i protokollen, er standarddyrkningsbetingelser for Enterobacter cloacae og Lactobacillus gasseri. For at udføre virus:bakterier vedhæftet fil assay med andre bakteriearter, bør de valgte bakterier dyrkes under standard betingelser, der passer til bakterien. 1. Forberedelse bakterievækst Medium Enterobacter cloacae vækst medier Der fremstilles flydende medium ved at opløse 10 g tryptone, …

Representative Results

De gatingstrategier , der anvendes til at kvantificere humant norovirus VLP-binding til kommensalbakterier, er vist i figur 1. Repræsentativ densitetprik giver et overblik over, hvordan prøverne blev gated for at eliminere cellulære rester og celleklumper, så VLP-fastgørelseblev bestemt på enkelttpopulationer (figur 1A). Repræsentative histogrammer demonstrerer lave niveauer af anti-norovirus antistofsigna…

Discussion

Evnen til at kvantificere binding af enteriske vira til bakterier er et kritisk første skridt for at belyse de mekanismer, som disse bakterier ændrer virusinfektion. De metoder, der er beskrevet heri, er blevet optimeret til at måle humane norovirus VLP interaktioner med både E. cloacae (gram-negative bakterie) og L. gasseri (et gram-positiv bakterie), men kan tilpasses til brug med pattedyr virus og bakterie af interesse. Mens VLPs er et ideelt alternativ til levend…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Vi vil gerne takke Sutonuka Bhar og Chanel Mosby-Haundrup for deres kritiske gennemgang af det skriftlige manuskript, samt Alfonso Carrillo for hjælp til at generere bakterielle standard kurver. Dette arbejde finansieres delvist af et tilskud fra National Institute of Health (R21AI140012) og af et frøtilskud fra University of Florida, Institute of Food and Agricultural Sciences.

Materials

5ml Polystrene Round-Bottom Tubes with Cell-Strainer Cap Corning 352235 After antibody staining, sample are transferred into tubes for flow cytometry analysis.
Agar Sigma A7002 Used for media preparation
AnaeroPack Thermo Scientific R681001 Anaerobic gas pack used for culture of Lactobacillus gasseri
BD FacsDiva software
BD LSR Fortessa flow cytometer
Bovine Serum Albumin Fisher Bioreagents BP1605 Used for flow cytometry
Flow Cytometry Stain Buffer (FCSB) BD Biosciences 554657 Used for flow cytometry
Mouse IgG2b kappa Isotype Control (eBMG2b), PE, eBioscience Thermo Fisher Scientific 12473281 Isotype control. This antibody is purchased in the conjugated form from the manufacturer.
MRS Powder BD Biosciences 288130 Used for media preparation and to culture Lactobacillus gasseri.
Norovirus capsid G2 Monoclonal Antibody (L34D) Thermo Fisher Scientific MA5-18241 Norovirus GII antibody. This antibody is only available in the unconjugated form and thus must be fluorescently conjugated prior to use in the outlined flow cytometry assays. In this protocol, PE was the chosen fluor, however, other fluorescent molecules can be chosen as best suits the flow cytometer being used by the researcher.
Norovirus GII.4 VLP Creative Biostructure CBS-V700 human norovirus virus like particle, VLPs were generated using the baculovirus system and resuspended in phosphate buffered saline with 10% glycerol. The authors performed independent nanosight tracking analysis to determine the particle concentration of the VLPs. The concentration is approximately 1011 VLPs per milliliter. Based on the protein concentration of the VLPs, approximately 200 particles are added per bacterium in VLP attachment assays.
PBS 10X Fisher Bioreagents BP665 Dilute to 1X prior to use.
SiteClick R-PE Antibody Labeling Kit Thermo Fisher Scientific S10467 Conjugation kit used for labling of unconjugated antibody.
Sodium Chloride Fisher Scientific S271 Used for media preparation
Tryptone Oxoid LP0042 Used for media preparation
Tube Revolver ThermoFisher Scientific 88881001 Used in virus:bacterium attachment assay. Set to max speed (40 rpm).
Yeast Extract BD Biosciences 212750 Used for media preparation

References

  1. Hall, A. J., Glass, R. I., Parashar, U. D. New insights into the global burden of noroviruses and opportunities for prevention. Expert Review of Vaccines. 15 (8), 949-951 (2016).
  2. Jones, M. K., et al. Enteric bacteria promote human and mouse norovirus infection of B cells. Science. 346 (6210), 755-759 (2014).
  3. Baldridge, M. T., et al. Commensal microbes and interferon-lambda determine persistence of enteric murine norovirus infection. Science. 347 (6219), 266-269 (2015).
  4. Lei, S., et al. Enterobacter cloacae inhibits human norovirus infectivity in gnotobiotic pigs. Scientific reports. 6, 25017 (2016).
  5. Lei, S., et al. High Protective Efficacy of Probiotics and Rice Bran against Human Norovirus Infection and Diarrhea in Gnotobiotic Pigs. Frontiers in Microbiology. 7, 1699 (2016).
  6. Rodríguez-Díaz, J., et al. Relevance of secretor status genotype and microbiota composition in susceptibility to rotavirus and norovirus infections in humans. Scientific Reports. 7, 45559 (2017).
  7. Erickson, A. K., et al. Bacteria Facilitate Enteric Virus Co-infection of Mammalian Cells and Promote Genetic Recombination. Cell Host Microbe. 23 (1), 77-88 (2018).
  8. Kuss, S. K., et al. Intestinal microbiota promote enteric virus replication and systemic pathogenesis. Science. 334 (6053), 249-252 (2011).
  9. Robinson, C. M., Jesudhasan, P. R., Pfeiffer, J. K. Bacterial lipopolysaccharide binding enhances virion stability and promotes environmental fitness of an enteric virus. Cell Host Microbe. 15 (1), 36-46 (2014).
  10. Berger, A. K., Yi, H., Kearns, D. B., Mainou, B. A. Bacteria and bacterial envelope components enhance mammalian reovirus thermostability. PLOS Pathogens. 13 (12), 1006768 (2017).
  11. Miura, T., et al. Histo-blood group antigen-like substances of human enteric bacteria as specific adsorbents for human noroviruses. Journal of Virology. 87 (17), 9441-9451 (2013).
  12. Almand, E. A., Moore, M. D., Outlaw, J., Jaykus, L. A. Human norovirus binding to select bacteria representative of the human gut microbiota. PLOS One. 12 (3), (2017).
  13. Robinson, C. M., Woods Acevedo, M. A., McCune, B. T., Pfeiffer, J. K. Related enteric viruses have different requirements for host microbiota in mice. Journal of Virology. , (2019).
  14. Ettayebi, K., et al. Replication of human noroviruses in stem cell-derived human enteroids. Science. 353 (6306), 1387-1393 (2016).
  15. Van Dycke, J., et al. A robust human norovirus replication model in zebrafish larvae. PLOS Pathogens. 15 (9), 1008009 (2019).
  16. Li, D., Breiman, A., le Pendu, J., Uyttendaele, M. Binding to histo-blood group antigen-expressing bacteria protects human norovirus from acute heat stress. Frontiers in Microbiology. 6, 659 (2015).
  17. Almand, E. A., Moore, M. D., Jaykus, L. -. A. Characterization of human norovirus binding to gut-associated bacterial ligands. BMC Research Notes. 12 (1), 607 (2019).
  18. Debbink, K., et al. Within-host evolution results in antigenically distinct GII.4 noroviruses. Journal of Virology. 88 (13), 7244-7255 (2014).
  19. Harrington, P. R., Lindesmith, L., Yount, B., Moe, C. L., Baric, R. S. Binding of Norwalk virus-like particles to ABH histo-blood group antigens is blocked by antisera from infected human volunteers or experimentally vaccinated mice. Journal of Virology. 76 (23), 12335-12343 (2002).
  20. Harrington, P. R., Vinje, J., Moe, C. L., Baric, R. S. Norovirus capture with histo-blood group antigens reveals novel virus-ligand interactions. Journal of Virology. 78 (6), 3035-3045 (2004).
  21. Mallory, M. L., Lindesmith, L. C., Graham, R. L., Baric, R. S. GII.4 Human Norovirus: Surveying the Antigenic Landscape. Viruses. 11 (2), (2019).
  22. Prasad, B. V., et al. X-ray crystallographic structure of the Norwalk virus capsid. Science. 286 (5438), 287-290 (1999).
  23. Baric, R. S., et al. Expression and self-assembly of norwalk virus capsid protein from venezuelan equine encephalitis virus replicons. Journal of Virology. 76 (6), 3023-3030 (2002).
  24. Rubio-del-Campo, A., et al. Noroviral p-particles as an in vitro model to assess the interactions of noroviruses with probiotics. PLOS One. 9 (2), 89586 (2014).
  25. Tan, M., et al. Terminal modifications of norovirus P domain resulted in a new type of subviral particles, the small P particles. Virology. 410 (2), 345-352 (2011).

Play Video

Cite This Article
Madrigal, J. L., Jones, M. K. Quantifying Human Norovirus Virus-like Particles Binding to Commensal Bacteria Using Flow Cytometry. J. Vis. Exp. (158), e61048, doi:10.3791/61048 (2020).

View Video