Summary
Burada, doğal olarak DNA ve intihar plazmidini elde etme kabiliyeti kullanılarak genetik olarak değiştirilebilen bir S. pneumoniae serotip 1 suşu 519/43'ü tanımlıyoruz. İlke kanıtı olarak, pnömolysin (kat) geninde izojenik bir mutant yapıldı.
Abstract
Streptococcus pneumoniae serotip 1, düşük ve orta gelirli ülkelerde, özellikle Sahra altı Afrika'da büyük bir sorun olmaya devam etmektedir. Önemine rağmen, bu serotipteki çalışmalar, onu değiştirmek için genetik araçların eksikliği nedeniyle engellenmiştir. Bu çalışmada, bir serotip 1 klinik izolatı genetik olarak değiştirmek için bir yöntem tarif edilmiştir (suş 519/43). İlginç bir şekilde, bu, Pnömokokların doğal olarak DNA elde etme yeteneğinden yararlanarak elde edildi. Bununla birlikte, çoğu pnömokoktan farklı olarak, lineer DNA kullanımı başarılı değildi; Bu önemli suşu mutasyona uğratmak için bir intihar plazmidinin kullanılması gerekiyordu. Bu metodoloji, hem biyolojisi hem de patojenitesi açısından bu zor serotipin daha derin bir şekilde anlaşılması için araçlar sağlamıştır. Yöntemi doğrulamak için, bilinen başlıca pnömokok toksini olan pnömolizin, iyi bilinen ve takip edilmesi kolay bir fenotipe sahip olduğu için mutasyona uğradı. Mutantın, beklendiği gibi, kırmızı kan hücrelerini lize etme yeteneğini kaybettiğini gösterdik. İlgilenilen serotipte önemli bir geni mutasyona uğratarak, intraperitoneal ve intranazal enfeksiyonlar üzerine fonksiyon kaybı mutantları için diğer serotipler için gözlenenlerden farklı fenotipler gözlemleyebildik. Özetle, bu çalışma 519/43 suşunun (serotip 1) genetik olarak değiştirilebileceğini kanıtlamaktadır.
Introduction
Streptococcus pneumoniae (S. pneumoniae, pnömokok) tüm dünyada morbidite ve mortalitenin başlıca nedenlerinden biridir. Yakın zamana kadar, 100'e yakın S. pneumoniae serotipi 1,2,3,4,5,6,7 keşfedilmiştir. Yıllık, invaziv pnömokok hastalığı (IPD), 5 yaşından küçük çocukların yaklaşık 700.000 ölümünü iddiaetmektedir 8. S. pneumoniae, tüm dünyada bakteriyel pnömoni, otitis media, menenjit ve septiseminin başlıca nedenidir9.
Afrika menenjit kuşağında, serotip 1, son derece virülan bir sekans tipi olan sekans tipi (ST) ST217'nin baskın olduğu menenjit salgınlarından sorumludur10,11,12,13,14,15. Menenjit patolojisindeki önemi, Afrika menenjit kuşağı16'daki Neisseria meningitidis'inkine benzetilmiştir. Serotip 1 genellikle IPD'nin ana nedenidir; ancak, taşımacılıkta çok nadiren bulunur. Aslında, Gambiya'da, bu serotip tüm invaziv hastalıkların% 20'sinden sorumludur, ancak sağlıklı taşıyıcıların sadece% 0.5'inde bulunmuştur14,17,18,19. Yetkin pnömokoklarda genetik değişim ve rekombinasyon genellikle invaziv hastalıktan ziyade taşıyıcılıkta meydana gelir20. Ayrıca, serotip 1'in pnömokoklar arasında tarif edilen en kısa taşıma oranlarından birine sahip olduğu gösterilmiştir (sadece 9 gün). Bu nedenle, bu serotipin diğerlerinden çok daha düşük bir rekombinasyon oranına sahip olabileceği öne sürülmüştür21.
Serotip 1 suşlarının düşük taşıma hızının arkasındaki nedeni ve Sahra altı Afrika'daki invaziv hastalıklardaki önemini anlamak için derinlemesine çalışmalar gereklidir.
Burada, belirli bir serotip 1 suşunun genom çapında mutagenezine izin veren bir protokol sunuyoruz, 519/43. Bu suş, yeni DNA'yı kolayca elde edebilir ve genomuna yeniden birleştirebilir. Bu yöntem henüz gerginlikler arasında değildir, ancak 519/43 arka planında yapıldığında çok etkilidir (diğer hedefler mutasyona uğramıştır, el yazmaları hazırlanmaktadır). Sadece 519/43 suşunu kullanarak ve doğal yeterliliğinden yararlanarak ve ekzojen DNA'nın sağlanma şeklini değiştirerek, bu serotip 1 suşunda pnömolizin genini (kat) mutasyona uğratabildik. Bu yöntem, Harvey ve ark.22 tarafından sunulana göre bir gelişmeyi temsil eder, çünkü DNA'yı farklı bir serotipten geçirmeye gerek kalmadan tek adımda yapılır. Bununla birlikte, gerinimler arası değişkenlik nedeniyle, hiçbir yöntem tüm suşlar için standartlaştırılmamıştır. Belirli genleri mutasyona uğratma ve etkilerini gözlemleme yeteneği, serotip 1 S. pneumoniae suşlarının derinlemesine anlaşılmasını sağlayacak ve bu suşların Sahra altı Afrika'daki menenjitteki rolüne cevaplar sağlayacaktır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. SOE-PCR23 ile mutasyona uğrayan amplikonun üretilmesi ve spektinomisin kasetinin amplifikasyonu
- 519/43 suşundan kat geninin yan bölgelerinin homoloji kollarının (sırasıyla kat 5' (488 bp) ve ply3' (715 bp) amplifikasyonu için PCR uygulayarak başlayın. plyFw1_NOTI (TTT GCGGCCGCCAGTAAATGACTTTATACTAGCTATG), ply5'R1_BamHI (CGAAATATAGACCAAAGGACGC GGATCC AGAACCAAACTTGACCTTGA), ply3'F1_BamHI (TCAAGGTCAAGTTTGGTTCTCTGGATCC GCGTCCTTTGGTCTATATTTCG) ve plyRv2_NotI (TTTGCGGCCGCCATTTTCTCTACCTCTCTCTCCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTTCTCCTCT) astarlarını kullanın.
- Ply5' için aşağıdaki PCR koşullarını kullanın: 60 sn için 94 °C'de denatür, adım 2: 30 s için 94 °C'de denatür, adım 3: 30 s için 58 °C'de tavlama, adım 4: 30 s için 72 °C'de uzatma, adım 5: adım 2'ye geri dönün ve 35 döngü için tekrarlayın, adım 6: 30 s için 72 °C'de son uzatma.
- 60 s olması gereken adım 4 ve adım 6'daki uzatma süresi hariç, kat3' için aynı PCR koşullarını kullanın.
- PCR ürünlerini jel elektroforezi ile analiz edin ve amplikonu jelden çıkarın.
- PCR amplikonlarını, üreticinin talimatlarında (Malzeme Tablosu) açıklanan protokolü izleyerek saflaştırın.
- Her iki homoloji kolunun equimolar miktarlarını SOE-PCR'de şablon olarak kullanın. İki amplikonu primerleri kullanarak birleştirin plyFw1_ NOTI (TTT GCGGCCGCCAGTAAATGACTTTATACTAGCTATGTTATACTTATGTTATG) ve plyRv2_NotI (TTTGCGGCCGCCATTTTCTACCTCTCTCCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTTCTCCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTTCTCCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTTCTCCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTTCCC) iki amplikonu iki amplikonu birleştirin.
- Aşağıdaki SOE-PCR koşullarını kullanın (adım 1: 2 dakika boyunca 94 °C'de denatür, adım 2: 30 sn için 94 °C'de denatür, adım 3: 30 s için 58 °C'de tavlama, Adım 4: 60 s için 68 °C'de uzatma, adım 5: adım 2'ye geri dönün ve 25 döngü için tekrarlayın, adım 6: 90 s için 68 °C'de son uzatma).
- SOE-PCR ürününü jel elektroforezi ile analiz edin. Bir jel ekstraksiyon kiti kullanarak jelden tüketin ve verilen talimatları izleyin.
- Aşağıdaki PCR koşullarını kullanarak spektinomisin kasetini plazmid pR412'den yükseltin: adım 1: 60 s için 94 °C'de denatür, adım 2: 30 s için 94 °C'de denatüre etme, adım 3: 30 s için 55 °C'de tavlama, adım 4: 60 s için 68 °C'de uzatma, adım 5: adım 2'ye geri dönün ve 25 döngü boyunca tekrarlayın, Adım 6: 60 s için 68 ° C'de son uzatma.
- Astarları BamHI_SP2F2 (GGATCC CTA GAA CTA GTG GAT CCC CC) ve BamHI_SP2R2 (GGATCC AAT TCT GCA GAT TTT AC ATG ATC) kullanın. Plazmid pR412, Dr. Marc PrudHomme'dan (CNRS-Universite Paul Sabatier Toulouse Fransa) satın alındı.
- PCR amplikonlarını jel elektroforezi ile analiz edin. Elde edilen PCR amplikonunu yukarıda açıklandığı gibi tüketin ve saflaştırın.
2. Plazmid pSD1 üretimi ve E. coli Dh5α'nın kimyasal dönüşümü
- pGEMT-easy system I üretici talimatlarını (Malzeme Tablosu) izleyerek bir ligasyon gerçekleştirin. Bir mikrosantrifüj tüpünde, 20 μL'lik toplam hacme 5 μL 2x ligasyon tamponu, 1 μL pGEMTeasy, 2 μL ply_SOE ürünü, 1 μL T4 DNA ligaz ve su ekleyin. Gece boyunca 4 ° C'de inkübe edin. Bu, plazmid pSD1 üretir.
- Kimyasal olarak yetkin E. coli Dh5α'yı pSD1 ile dönüştürün. 50 μL kimyasal olarak yetkin E. coli Dh5α'yı buz üzerinde 15 dakika boyunca 3 μL pSD1 ligasyon reaksiyonu ile inkübe ederek başlayın. Daha sonra hücreleri termik şoka maruz bırakarak devam edin (42 ° C, 30 s). Hücreleri 2 dakika boyunca buzun üzerine yerleştirin.
- Hücreleri buzdan çıkarın ve 350 μL S.O.C ortamı ekleyin. Kültürü 37 °C, 120 rpm'de 2 saat boyunca inkübe edin.
- Luria Bertani Agar (LBA) üzerindeki transformasyon, plakada büyüyen tüm kolonilerin plazmid omurgasına sahip olmasını sağlamak için mavi / beyaz seleksiyon için 0.4 mM IPTG, 0.24 mg / mL X-Gal ve 100 μg / mL ampisilin ile desteklenir. Beyaz koloniler pSD1 içerir.
- Üç beyaz koloni seçin ve 100 μg / mL ampisilin ile desteklenmiş 10 mL LB'de gece boyunca büyüme sağlayın. Kültürleri gece boyunca 37 ° C'de sallayarak inkübe edin.
- Ertesi gün kültürleri 3.082 x g'de santrifüj edin ve plazmid ekstraksiyonu için peleti kullanın.
3. Plazmid DNA ekstraksiyonu, pSD1 ve spektinomisin geninin kısıtlanması sindirimi ve pSD2'nin montajı
- Plazmid DNA'sını, ticari kit (Malzeme Tablosu) ile birlikte verilen talimatları izleyerek çıkarın.
- Hem pSD1 plazmid hem de daha önce güçlendirilmiş ve saflaştırılmış spektinomisin kaseti için bir BamHI kısıtlama sindirimi ayarlayın. Tablo 1'de açıklanan aşağıdaki koşulları ve miktarları kullanın.
- Kısıtlama sindirim reaksiyonlarını ve kontrollerini 3 saat boyunca 37 °C'de inkübe edin.
- Kısıtlama sindirimini elektroforez ile analiz edin, bandı tüketin ve ticari kit (Malzeme Tablosu) ile birlikte verilen talimatları izleyerek saflaştırın.
- Daha sonra, BamHI sindirilmiş pSD1 ve spektinomisin (adım 3.2'den itibaren) kullanarak üretici talimatlarını (Malzeme Tablosu) izleyerek bir ligasyon reaksiyonu hazırlayın. Bir mikrosantrifüj tüpüne, aşağıdaki reaksiyon bileşenlerini ekleyin: 5 μL 2x ligasyon tamponu, 2 μL pSD1, 2 μL spektinomisin kaseti, 1 μL T4 DNA ligaz ve 4 ° C'de gece boyunca inkübe edin. Bu, plazmid pSD2 üretir.
- Plazmid pSD2'yi, adım 2.2'de açıklandığı gibi kimyasal olarak yetkin E. coli Dh5α'ya dönüştürün.
- Plazmid pSD2 taşıyan transformantları, 100 μg / mL spektinomisin ve ampisilin ile desteklenmiş LBA'da büyüme yeteneklerine göre seçin.
- Yukarıda açıklandığı gibi ve üreticinin talimatlarını (μL) izleyerek bir plazmid DNA ekstraksiyonu (pSD2) gerçekleştirin.
4. S. pneumoniae suşunun transformasyonu 519/43
- BHI'da bir gecede S. pneumoniae 519/43 kültürü hazırlayın ve 37 ° C'de,% 5 CO2'de statik olarak büyümesine izin verin.
- Ertesi gün kültürleri 1:50 ve 1:100 olarak 10 mL taze BHI suyunda seyreltin. OD595nm 0.05 ile 0.1 arasında olana kadar kültürleri statik olarak 37 ° C'de inkübe edin (0.1 OD'ye daha yakın DNA'nın optimal kazanımı).
- 0.1'lik bir OD'ye ulaşıldığında, 860 μL alın ve bir mikrosantrifüj tüpüne aktarın. Aynı mikrosantrifüj tüpünde şunları ekleyin: 100 μL 100 mM NaOH, 10 μL% 20 (w / v) BSA, 10 μL 100 mM CaCl 2,2 μL 50 ng / mL CSP124 ve 500 ng pSD2.
- Reaksiyonu 3 saat boyunca 37 °C'de statik olarak inkübe edin.
- Plaka 330 μL, 3 inkübasyon saati boyunca her saat başı 100 μg / mL spektinomisin ile desteklenen% 5 kan agar plakaları (BA) üzerine.
- Plakaları gece boyunca 37 ° C'de,% 5 CO2'de inkübe edin. Yama spektinomisin'e dirençli koloniler, 100 μg / mL spektinomisin ile desteklenmiş başka bir BA plakasına ve ayrıca 100 μg / mL ampisilin ile desteklenmiş BA plakalarına yerleştirin. Her iki plaka setini de yukarıda belirtilen koşullar altında gece boyunca inkübe edin. Ampisilin plakaları, plazmid omurgasının varlığını test etmek içindir.
- NOTI (TTT GCGGCCGCAGTAAATGACTTTATACTAGCTATG) ve plyFw1_ (TAATTCCTCTAAGTCATAATTTCCG) primerlerini kullanarak spektinomisin kasetinin varlığını PCR SPEC_REV ile onaylayın. Mutasyona uğramış bölgenin dışına bağlanan primerler plySCN1 (CCAATGGAAATCGCTAGGCAAGAGATAA) ve plySCN2 (ATTACTTAGTCCAACCACGGCTGAT) kullanarak PCR ile mutasyonu onaylayın.
- Primerler plySCN1 (CCAATGGAAATCGCTAGGCAAGAGATAA), plySCN2 (ATTACTTAGTCCAACCACGGCTGAT) ve ayrıca spektinomisin kaset sqr1 (CCTGATCCAAACATGTAAGTACC) sqf2 (CGTAGTTATCTTGGAGAGAATA) spec_sqf1 (GGTACTTACATGTTTGGATCAGGCAGG) ve spec_sqr2 TATTCTCTCCAAGATAACTACG içindeki bağlanma bölgelerine sahip primerleri kullanarak genomun doğru konumundaki entegrasyonu onaylayın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Burada açıklanan protokol, sol ve sağ homoloji kollarını yükseltmek için PCR kullanarak başlar ve aynı zamanda kat geninin orta bölgesinden 191 bp'yi siler. PCR yapılırken sol homoloji kolunun 3' ucunda ve sağ homoloji kolunun 5' ucunda bir BamHI bölgesi tanıtılır (Şekil 1A). Bunu, sol ve sağ homoloji kollarının bir amplikon halinde kaynaştırıldığı PCR-SOE izler (Şekil 1B). Bu SOE-PCR amplikonu daha sonra plazmid pSD1 üretmek için TA klonlaması kullanılarak pGEMTeasy'ye klonlanır (Şekil 1C). Başarılı bir dönüşüm, ampisilin dirençli beyaz koloniler verecektir. Herhangi bir mavi koloni, boş bir pGEMTeasy plazmid içeren dönüştürücüler olacaktır. pSD1 daha sonra SOE-PCR zamanında tanıtılan BamHI sahasında sindirilecek (Şekil 1D) ve bir spektinomisin kasetine bağlanacaktır (ayrıca uyumlu uçlar için sindirilen BamHI). Yeni plazmid pSD2 olarak adlandırılır (Şekil 1E). pSD2'nin doğru montajı, kısıtlama sindirimi ile doğrulanır (Şekil 2A). Gram-pozitif uyumlu bir replikasyon kaynağı içermediği için intihar plazmidi olarak çalışan pSD2, 519/43WT'yi (daha önce yetkin olmak üzere hazırlanmış) dönüştürmek için kullanılmıştır. Pozitif transformantlar, bir gece inkübasyonundan sonra 100 μg / mL spektinomisin üzerinde büyüyen kolonilerdir. Tüm koloniler, 100 μg / mL spektinomisin ile desteklenmiş yeni taze kan agar baz plakalarına ve ayrıca 100 μg / mL ampisilin ile desteklenmiş kan agar bazına yamalanır. Spektinomisin ile desteklenmiş ikinci gece plakalarında yetişen koloniler olası pozitiflerdir. Ampisilin plakaları üzerinde büyüyen herhangi bir koloni, genomun başka bir yerinde ampisilin kasetinin tam plazmidinin veya rekombinasyonunun entegrasyonunu gösterecektir. Şimdiye kadar ve 519/43 suşu kullanılarak ampisilin ile desteklenmiş plakalarda hiçbir koloni büyümemiştir. PCR ile pozitif olan tüm koloniler, yerleştirmenin yerini değerlendirmek ve onaylamak için dizileme ile doğrulanmalıdır (Şekil 2C). Bu amaçla, primerlerin bağlanma yerleri homoloji bölgesinin dışında olmalıdır (Şekil 2C). Seçilen hedef çok belirgin bir fenotipe sahiptir (kırmızı kan hücrelerinin hemolizi (RBC)) ve bu nedenle mutasyon fenotipik olarak da doğrulanabilir (Şekil 2B). Mutant, RBC'leri lize etme yeteneğini kaybetti.
| Bileşen | Reaksiyon (μL) | Kontrol (μL) | Reaksiyon (μL) | Kontrol (μL) |
| Arabellek | 2 | 2 | 2 | 2 |
| pSD1 | 4 | 4 | - | |
| Spektinomisin kaset | - | - | 6 | 6 |
| BamHI-HF | 1 | - | 1 | - |
| Su | 13 | 14 | 11 | 12 |
| Toplam Hacim | 20 | 20 | 20 | 20 |
Tablo 1: pSD1 ve spektinomisin kaseti için kısıtlama sindirimi reaksiyonu bileşenleri.
Şekil 1: Mutajenez stratejisine genel bakış. A) Homoloji kollarının (Ply3' ve Ply5' (şerit 2'den 5'e kadar) amplifikasyonu; ve Üst Üste Binen Uzantı PCR (Şerit 6 ve 7) ile Ekleme. L- hipermerdiven I (Bioline), şerit 1- reaksiyon için negatif kontrol, şerit 2 ve 3- ply5' (488 bp) ve ply3' (715 bp) homoloji kolları D39 gDNA'dan güçlendirilmiş, şerit 4 ve 5- ply5' (488 bp) ve ply3' (715 bp) homoloji kolları 519/43 gDNA'dan yükseltilmiştir. Sağ şerit 6- D39 SOE PCR ürünü, şerit 7- 519/43 SOE PCR ürünü (1235 bp). b) Elde edilen nihai KİT-PCR yapısını gösteren şematik (ply_SOE); Oklarla belirtilenler, her iki homoloji kolu arasındaki homoloji bölgesini ve seçilen kısıtlama sindirimini elde etmek için kullanılan primerlerdir. C) ply_SOE klonlanmasını gösteren plazmid pSD1; D) pSD1 ve spektinomisin kasetinin sindiriminin kısıtlanması. E) Daha sonra S. pneumoniae'yi dönüştürmek için intihar plazmidi olarak kullanılan son yapı pSD2. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Resim 2: A) pSD2'de spektinomisin kasetinin varlığının doğrulanması. L- hipermerdiven 1kb (Bioline); 1- BamHI ile sindirilmiş pSD1; BamHI ile sindirilmiş 2-pSD2; L hipermerdiven 1 kb (Bioline); 3- pR412'den yükseltilmiş spektinomisin kaseti, 4- BamHI ile sindirilen spektinomisin kaset; B) D39, 519/43WT ve mutant 519/43Δply için hemolitik aktivitenin belirlenmesi ile pnömolizin mutasyonunun fenotipik doğrulanması. Bu, kırmızı kan hücrelerinin %0.5 saponin ile hemolizi ile karşılaştırıldı. Saponin kaynaklı hemoliz% 100 olarak kabul edilir ve 519/43Wt ve 519/43Δply oranları buna karşı hesaplanmıştır. Her veri noktası 5 teknik ve 3 biyolojik kopyanın ortalamasıdır. C) Pnömolizinin kesildiği mutant genom bölgesine eşlenen dizileme verileri. Astarlar ok olarak ve isimlerle gösterilir. PLYSCN1 ve PLYSCN2 homoloji kollarının dışına bağlanır. PLYSCN1 ve 2 primerlerinden elde edilen dizileme, homoloji alanının dışındaki komşu bölgelerden spektinomisin kasetine kadar kesintisiz bir sekans olduğunu ve genoma yerleştirildiğini gösterdi. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Streptococcus pneumoniae, özellikle serotip 1, invaziv pnömokok hastalığına ve menenjite neden olan küresel bir tehdit olmaya devam etmektedir. Serotip 1'e karşı koruyucu olması gereken çeşitli aşıların uygulanmasına rağmen, Afrika'da bu serotip hala yüksek morbidite ve mortaliteye yol açan salgınlara neden olabilir13. Bu serotipi genetik olarak manipüle etme yeteneği, klinik alaka düzeyi nedeniyle kritik öneme sahiptir. Bu çalışmada açıklanan yöntem, bu serotip içindeki temsili bir suşun genetik manipülasyonuna izin verir. Danimarka'daki bir menenjit hastasından klinik bir izole olan invaziv bir suş 519/43 (ST5316)25.
Burada sunulan metodoloji, çoğunlukla eksojen DNA elde edebildiği için seçilen suş nedeniyle başarılı olmuştur, ancak aynı zamanda S. pneumoniae transformasyonu için kullanılan geleneksel protokollerde yapılan değişiklikler nedeniyle, dönüşüm protokolümüzün tipik bir başarı oranı yaklaşık% 70'tir.
Bu metodolojiyle, normal lineer DNA yerine bir intihar plazmidi kullanmak çok önemlidir. Geleneksel olarak, lineer DNA26,27,28 kullanılırdı; ancak eksojen DNA'yı bu formda kullanmaya yönelik tüm girişimler başarısız oldu. Ayrıca, S. pneumoniae 519/43'ün doğal yeterliliğinden daha düşük absorbansta yararlanma girişimleri başarılı olmamıştır. Sorun giderme, OD 595 0.1 iken519/43 suşu için doğal yeterliliğin daha yüksek olduğunu göstermiştir; bu, en yüksek doğal yeterliliğin çok düşük OD24'te gözlendiği diğer S. pneumoniae serotipleri için gözlemlenen verilerden farklıdır.
Yöntemi doğrulamak için, takip edilmesi kolay bir fenotip sergilediği için bir pnömolizin mutantı inşa edildi; Bununla birlikte, yöntemin bu suş içindeki herhangi bir gene uygulanabileceğini kanıtlamak için, diğer genler başarıyla hedeflenmiştir (hazırlık aşamasındaki el yazmaları). Gram-pozitif uyumlu kökeni olmayan bir intihar vektörü kullanan böyle bir yöntem, kromozomal komplemülasyon, ilgilenilen genlerin aşırı ekspresyonu ve muhabir sistemlerinin tanıtılması için de kullanılabilir, bunların hepsi komşu genleri homoloji bölgeleri olarak kullanarak.
Genetik araçların S. pneumoniae serotip 1, suş 519/43'e genişlemesi önemlidir, çünkü artık genetik olarak temsili suşları doğrudan manipüle edebiliriz. Suş 519/43, genetik olarak esnek olduğu, bir menenjit hastasından izole edildiği için patojenik olduğu için ilgi çekicidir ve manipülasyonu, menenjitin gelişimini ve kuruluşunu daha iyi anlamak için ipuçları sağlayacaktır. Önceden, türler içindeki belirli belirleyicileri anlamak, söz konusu genin D39 (serotip 2) gibi çok iyi karakterize edilmiş S. pneumoniae suşlarından birine yerleştirilmesiyle yapıldı. Bu yaklaşım, Paton ve ark. tarafından, serotip 129'daki mutagenez ile ilgili zorluklar nedeniyle kullanılmıştır. D39'da 519/43 ∆kata kıyasla daha az hemolitik bir serotip 1 kat aleli taşıyan sonuçlar, orijinal suş arka planında bir geni mutasyona uğratabilmenin önemini vurgulayan30 tarafımızdan sunulanlardan farklıdır. Daha sonra, aynı grup soy olmayan bir A serotip 1 suşu22'yi mutasyona uğratmayı başardı. İlginçtir ki, protokolleri bizimkinden oldukça farklıdır, çünkü mutasyonun ilk önce serotip 2 suşlarında yapılmasını gerektiren iki aşamalı bir yaklaşımdır ve bu daha sonra serotip 1 suşlarında dönüştürülecek bir şablon olarak kullanılır.
Şu anda, sunulan yöntemde bir sınırlama vardır. Şimdilik, bu yöntem sadece 519/43 temsili suşu için çalışıyor. Aynı kesin protokol diğer suşlarda, yani ST3081 ve ST303'ten klinik izolatlarda denendi ve başarılı olamadı. Ayrıca, eksojen DNA'nın hücreye iletilmesi için bir yöntem olarak elektroporasyon da üç sekans tipinde de denenmiş ve sadece 519/43 için pozitif sonuçlar gözlenmiştir. Metodolojiyi tüm serotip 1 suşlarına genişletmek ve standartlaştırmak, grup genelinde muazzam bir değişkenlik olduğu için büyük önem taşımaktadır. Yöntemin serotip 1 içindeki tüm suşlara uygulanabilirliğini genişletmek için çalışmalar devam etmektedir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarların açıklayacak hiçbir şeyleri yoktur.
Acknowledgments
Menenjit Vakfı'na ve MRC'ye bu çalışmaya finansman sağladıkları için teşekkür ederiz.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| AccuPrime Pfx DNA polymerase | Invitrogen | 12344024 | Used for amplification of the fragments |
| Ampicillin sodium salt | Sigma Aldrich | A9518 | Used for bacterial selection on stage 1(pSD1) |
| Blood Agar Base | Oxoid | CM0055 | Used to plate S. pneumoniae transformants |
| Bovine Serum Albumine | sigma | 55470 | used for S. pneumoniae Transformation |
| Brain Heart Infusion | Oxoid | CM1135 | used to grow S. pneumoniae cells |
| Calcium Chloride Cacl2 | Sigma | 449709 | used for S. pneumoniae Transformation |
| Competence stimulating peptide 1 | AnaSpec | AS-63779 | used for S. pneumoniae Transformation |
| Luria Broth Agar | Gibco | 22700025 | used for plating and selection of pSD1 and pSD2 |
| Luria Broth Base (Miller's formulation) | Gibco | 12795027 | used for plating and selection of pSD1 and pSD2 |
| Monarch Gel Extraction Kit | NEB | T1020S | Used to extract the bands from the DNA gel |
| Monarch Plasmid Miniprep Kit | NEB | T1010S | Used to extract plasmid from the cells |
| pGEM T-easy | Promega | A1360 | used as suicide plasmid |
| S.O.C. | Invitrogen | 15544034 | used for recovery of cells after transformation |
| Sodium Hydroxide (NaOH) | Sigma | S0899 | used for S.pneumoniae Transformation |
| Spectinomycin Hydrochloride | SigmaAldrich | PHR1426 | Used for bacterial selection |
| Subcloning Efficiency DH5α Competent Cells | Invitrogen | 18265017 | used for the creation of pSD1 and pSD2 |
References
- Bentley, S. D., et al. Genetic Analysis of the Capsular Biosynthetic Locus from All 90 Pneumococcal Serotypes. PLoS Genetics. 2 (3), 31 (2006).
- Calix, J. J., Nahm, M. H. A new pneumococcal serotype, 11E, has a variably inactivated wcjE gene. The Journal of Infectious Diseases. 202 (1), 29-38 (2010).
- Park, I. H., Pritchard, D. G., Cartee, R., Brandao, A., Brandileone, M. C. C., Nahm, M. H. Discovery of a New Capsular Serotype (6C) within Serogroup 6 of Streptococcus pneumoniae. Journal of Clinical Microbiology. 45 (4), 1225-1233 (2007).
- Jin, P., et al. First Report of Putative Streptococcus pneumoniae Serotype 6D among Nasopharyngeal Isolates from Fijian Children. The Journal of Infectious Diseases. 200 (9), 1375-1380 (2009).
- Oliver, M. B., vander Linden, M. P. G., Küntzel, S. A., Saad, J. S., Nahm, M. H. Discovery of Streptococcus pneumoniae Serotype 6 Variants with Glycosyltransferases Synthesizing Two Differing Repeating Units. Journal of Biological Chemistry. 288 (36), 25976-25985 (2013).
- Calix, J. J., et al. Serological Characterization of Two Capsule Subtypes among Streptococcus pneumoniae Serotype 20 Strains. Journal of Biological Chemistry. 287 (33), 27885-27894 (2012).
- Park, I. H., et al. and Serological Characterization of a New Pneumococcal Serotype, 6H, and Generation of a Pneumococcal Strain Producing Three Different Capsular Repeat Units. Clinical and Vaccine Immunology. 22 (3), 313-318 (2015).
- O'Brien, K. L., et al. Burden of disease caused by Streptococcus pneumoniae in children younger than 5 years: global estimates. The Lancet. 374 (9693), 893-902 (2009).
- Henriques-Normark, B., Tuomanen, E. I. The Pneumococcus: Epidemiology, Microbiology, and Pathogenesis. Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine. 3 (7), 010215 (2013).
- Leimkugel, J., et al. An Outbreak of Serotype 1 Streptococcus pneumoniae Meningitis in Northern Ghana with Features That Are Characteristic of Neisseria meningitidis Meningitis Epidemics. The Journal of Infectious Diseases. 192 (2), 192-199 (2005).
- Yaro, S., et al. Epidemiological and Molecular Characteristics of a Highly Lethal Pneumococcal Meningitis Epidemic in Burkina Faso. Clinical Infectious Diseases. 43 (6), 693-700 (2006).
- Antonio, M., et al. Molecular epidemiology of pneumococci obtained from Gambian children aged 2-29 months with invasive pneumococcal disease during a trial of a 9-valent pneumococcal conjugate vaccine. BMC Infectious Diseases. 8 (1), 81 (2008).
- Kwambana-Adams, B. A., et al. An outbreak of pneumococcal meningitis among older children (≥5 years) and adults after the implementation of an infant vaccination programme with the 13-valent pneumococcal conjugate vaccine in Ghana. BMC Infectious Diseases. 16 (1), 575 (2016).
- Antonio, M., et al. Seasonality and outbreak of a predominant Streptococcus pneumoniae serotype 1 clone from The Gambia: Expansion of ST217 hypervirulent clonal complex in West Africa. BMC Microbiology. 8 (1), 198 (2008).
- Staples, M., et al. Molecular characterization of an Australian serotype 1 Streptococcus pneumoniae outbreak. Epidemiology and Infection. 143 (2), 325-333 (2015).
- Gessner, B. D., Mueller, J. E., Yaro, S. African meningitis belt pneumococcal disease epidemiology indicates a need for an effective serotype 1 containing vaccine, including for older children and adults. BMC Infectious Diseases. 10 (1), 22 (2010).
- Hill, P. C., et al. Nasopharyngeal carriage of Streptococcus pneumoniae in Gambian infants: a longitudinal study. Clinical Infectious Diseases. 46 (6), 807-814 (2008).
- Ebruke, C., et al. Temporal changes in nasopharyngeal carriage of Streptococcus pneumoniae serotype 1 genotypes in healthy Gambians before and after the 7-valent pneumococcal conjugate vaccine. PeerJ. 3, 90 (2015).
- Adegbola, R. A., et al. Serotype and antimicrobial susceptibility patterns of isolates of Streptococcus pneumoniae causing invasive disease in The Gambia 1996-2003. Tropical Medicine and International Health. 11 (7), 1128-1135 (2006).
- Marks, L. R., Reddinger, R. M., Hakansson, A. P. High Levels of Genetic Recombination during Nasopharyngeal Carriage and Biofilm Formation in Streptococcus pneumoniae. mBio. 3 (5), (2012).
- Ritchie, N. D., Mitchell, T. J., Evans, T. J. What is different about serotype 1 pneumococci. Future Microbiology. 7 (1), 33-46 (2012).
- Harvey, R. M., et al. The variable region of pneumococcal pathogenicity island 1 is responsible for unusually high virulence of a serotype 1 isolate. Infection and Immunity. 84 (3), 822-832 (2016).
- Horton, R. M., Cai, Z. L., Ho, S. N., Pease, L. R. Gene splicing by overlap extension: tailor-made genes using the polymerase chain reaction. BioTechniques. 8 (5), 528-535 (1990).
- Alioing, G., Granadel, C., Morrison, D. A., Claverys, J. P. Competence pheromone, oligopeptide permease, and induction of competence in Streptococcus pneumoniae. Molecular Microbiology. 21 (3), 471-478 (1996).
- Lund, E. Enumeration and description of the strains belonging to the State Serum Institute, Copenhagen Denmark. , (1951).
- Barany, F., Tomasz, A. Genetic transformation of Streptococcus pneumoniae by heterologous plasmid deoxyribonucleic acid. Journal of Bacteriology. 144 (2), 698-709 (1980).
- Terra, V. S., Homer, K. A., Rao, S. G., Andrew, P. W., Yesilkaya, H. Characterization of novel β-galactosidase activity that contributes to glycoprotein degradation and virulence in Streptococcus pneumoniae. Infection and Immunity. 78 (1), (2010).
- Terra, V. S., Zhi, X., Kahya, H. F., Andrew, P. W., Yesilkaya, H. Pneumococcal 6-phospho-β-glucosidase (BglA3) is involved in virulence and nutrient metabolism. Infection and Immunity. 84 (1), (2015).
- Harvey, R. M., Ogunniyi, A. D., Chen, A. Y., Paton, J. C. Pneumolysin with Low Hemolytic Activity Confers an Early Growth Advantage to Streptococcus pneumoniae in the Blood. Infection and Immunity. 79 (10), 4122 (2011).
- Terra, V. S., Plumptre, C. D., Wall, E. C., Brown, J. S., Wren, B. W. Construction of a pneumolysin deficient mutant in Streptococcus pneumoniae serotype 1 strain 519/43 and phenotypic characterisation. Microbial Pathogenesis. 141, 103999 (2020).
