Name: assessing bacterial invasion of cardiac cells in culture and heart colonization in infected mice using listeria monocytogenes
Uploaded: 2015-05-27T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 18 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Assessing Bacterial Invasion of Cardiac Cells in Culture and Heart Colonization in Infected Mice Using Listeria monocytogenes at JoVE.com

Bu çalışma, Halk Sağlığı Servisi tarafından AI41816 ve AI099339 (N.E.F.) ve NIAID'den F31AI094886-01 (P.D.M.) tarafından desteklendi. İçerikler yalnızca yazarların sorumluluğundadır ve mutlaka finansman kaynaklarının resmi görüşlerini temsil etmez.

<ol>
	<li>Freitag, N. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+hot+dogs+to+host+cells:+how+the+bacterial+pathogen+Listeria+monocytogenes+regulates+virulence+gene+expression.">From hot dogs to host cells: how the bacterial pathogen Listeria monocytogenes regulates virulence gene expression.</a> Future Microbiol. 1, 89-101 (2006).</li><li>Drevets, D. A., Bronze, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Listeria+monocytogenes:+epidemiology,+human+disease,+and+mechanisms+of+brain+invasion.">Listeria monocytogenes: epidemiology, human disease, and mechanisms of brain invasion.</a> FEMS Immunol Med Microbiol. 53, 151-165 (2008).</li><li>Farber, J. M., Peterkin, P. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Listeria+monocytogenes.+a+food-borne+pathogen.">Listeria monocytogenes. a food-borne pathogen.</a> Microbiol. Rev. 55, 476-511 (1991).</li><li>Lecuit, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Understanding+how+Listeria+monocytogenes+targets+and+crosses+host+barriers.">Understanding how Listeria monocytogenes targets and crosses host barriers.</a> Clin Microbiol Infect. 11, 430-436 (2005).</li><li>Lecuit, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+listeriosis+and+animal+models.">Human listeriosis and animal models.</a> Microbes Infect. 9, 1216-1225 (2007).</li><li>Bou Ghanem, E. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=InlA+promotes+dissemination+of+Listeria+monocytogenes+to+the+mesenteric+lymph+nodes+during+food+borne+infection+of+mice.">InlA promotes dissemination of Listeria monocytogenes to the mesenteric lymph nodes during food borne infection of mice.</a> PLoS Pathog. 8, e1003015 (2012).</li><li>Melton-Witt, J. A., Rafelski, S. M., Portnoy, D. A., Bakardjiev, A. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oral+infection+with+signature-tagged+Listeria+monocytogenes+reveals+organ-specific+growth+and+dissemination+routes+in+guinea+pigs.">Oral infection with signature-tagged Listeria monocytogenes reveals organ-specific growth and dissemination routes in guinea pigs.</a> Infect Immun. 80, 720-732 (2012).</li><li>Alonzo, F., Bobo, L. D., Skiest, D. J., Freitag, N. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evidence+for+subpopulations+of+Listeria+monocytogenes+with+enhanced+invasion+of+cardiac+cells.">Evidence for subpopulations of Listeria monocytogenes with enhanced invasion of cardiac cells.</a> J Med Microbiol. , (2011).</li><li>Adler, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inflammatory+pseudotumor+of+the+heart+caused+by+Listeria+monocytogenes+infection.">Inflammatory pseudotumor of the heart caused by Listeria monocytogenes infection.</a> J Infect. 58, 161-163 (2009).</li><li>Antolin, J., Gutierrez, A., Segoviano, R., Lopez, R., Ciguenza, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Endocarditis+due+to+Listeria:+description+of+two+cases+and+review+of+the+literature.">Endocarditis due to Listeria: description of two cases and review of the literature.</a> Eur J Intern Med. 19, 295-296 (2008).</li><li>Brouqui, P., Raoult, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Endocarditis+due+to+rare+and+fastidious+bacteria.">Endocarditis due to rare and fastidious bacteria.</a> Clin Microbiol Rev. 14, 177-207 (2001).</li><li>Brusch, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cardiac+infections+in+the+immunosuppressed+patient.">Cardiac infections in the immunosuppressed patient.</a> Infect Dis Clin North Am. 15, 613-638 (2001).</li><li>McCue, M. J., Moore, E. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Myocarditis+with+microabscess+formation+caused+by+Listeria+monocytogenes+associated+with+myocardial+infarct.">Myocarditis with microabscess formation caused by Listeria monocytogenes associated with myocardial infarct.</a> Hum Pathol. 10, 469-472 (1979).</li><li>Menard, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modulation+of+L-type+calcium+channel+expression+during+retinoic+acid-induced+differentiation+of+H9C2+cardiac+cells.">Modulation of L-type calcium channel expression during retinoic acid-induced differentiation of H9C2 cardiac cells.</a> J Biol Chem. 274, 29063-29070 (1999).</li><li>Czuprynski, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Listeria+monocytogenes:+silage,+sandwiches+and+science.">Listeria monocytogenes: silage, sandwiches and science.</a> Anim Health Res Rev. 6, 211-217 (2005).</li><li>Grundler, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+surface+proteins+InlA+and+InlB+are+interdependently+required+for+polar+basolateral+invasion+by+Listeria+monocytogenes+in+a+human+model+of+the+blood-cerebrospinal+fluid+barrier.">The surface proteins InlA and InlB are interdependently required for polar basolateral invasion by Listeria monocytogenes in a human model of the blood-cerebrospinal fluid barrier.</a> Microbes Infect. 15, 291-301 (2013).</li><li>Zeldovich, V. B., Robbins, J. R., Kapidzic, M., Lauer, P., Bakardjiev, A. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Invasive+extravillous+trophoblasts+restrict+intracellular+growth+and+spread+of+Listeria+monocytogenes.">Invasive extravillous trophoblasts restrict intracellular growth and spread of Listeria monocytogenes.</a> PLoS Pathog. 7, e1002005 (2011).</li><li>Kimes, B. W., Brandt, B. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Properties+of+a+clonal+muscle+cell+line+from+rat+heart.">Properties of a clonal muscle cell line from rat heart.</a> Experimental cell research. 98, 367-381 (1976).</li><li>McMullen, P. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genome+sequence+of+Listeria+monocytogenes+07PF0776,+a+cardiotropic+serovar+4b+strain.">Genome sequence of Listeria monocytogenes 07PF0776, a cardiotropic serovar 4b strain.</a> J Bacteriol. 194, 3552 (2012).</li></ol>

Yazarlar rakip finansal çıkarları olmadığını bildirmektedir.

L. monocytogenes, bir dizi farklı hastalık tezahürüne neden olabilecek yaygın ve iyi karakterize bir insan patojenidir15. Bakteri daha önce, sırasıyla merkezi sinir sistemine ve gelişmekte olan fetüse ulaşmak ve kolonileştirmek için kan-beyin bariyeri ve plasental-fetal bariyerler gibi bariyerler arasında geçiş yapabilme yeteneği ile tanımlanmıştır. Organizmanın bu dokuları kolonize etme in vivo yeteneği genellikle hedeflenen organları oluşturan kültürdeki temsili hücreleri istila etmek için bir in vitro yetenek ile tamamlanır. Örneğin, koroid pleksustaki epitel hücrelerinin istilası, organizmanın CNS16'yıkolonileştirme yeteneği ile ilişkilendirilmiştir; ve villous trophoblast eksplantları maternal-fetal bariyeri temsil etmek için kullanılmıştır17. Bu protokolde, kültürdeki kalp hücrelerinin bakteriyel istilasını değerlendirmek ve karaciğer ve dalak kolonizasyonuna göre bireysel izoleler için kalbin bakteriyel kolonizasyonunun karşılaştırılması için yararlı olan yöntemler tanımlanmıştır.
Bu protokol bir dizi kritik adım içerir, ancak en kritik olanlar arasında, kapaklarda yetişen doku kültürü hücrelerinin enfeksiyonu veya hayvanların enfeksiyonu için doğru bakteriyel CFU'nun kullanılmasını içerenler vardır. Bakteriyel CFU numarası farklı kuyular ve hayvanlar arasında doğru şekilde kontrol edilmezse, numuneler arasında doğrudan karşılaştırma yapılamaz. Bakteriyel CFU sayısının doğru bir şekilde tahmin edildiğini garanti etmek için, medya plakalarındaki nihai seyreltmelerin doğrudan kaplanmasıyla inocula üretmek için kullanılan seyreltme serisinin iki kez kontrol etmek önemlidir.
Bu testlerde kullanılan H9c2 hücreleri, çoğunlukla ventrikül dokusunu içeren 13 günlük embriyonik sıçan kalbinin alt yarısından türetilmiştir18. Hücreler mononüklelenmiş mioblastlar olarak yayılır ve doku kültürü şişelerinde veya yemeklerinde izdiah ulaştığında çok fonksiyonlu tübüler yapılar oluşturmaya başlar. Hücrelerin yaklaşık 30 saat18nesil süresi vardır. H9c2 hücrelerinin serum açlığı, hücrelerin iskelet kas hücrelerine farklılaşması ile ilişkiliyken, mioblastların 10 nMall-trans retinoik asit ile tedavisi miyoblast farklılaşması ile kardiyak miyositlere ilişkilidir14. Bu protokol L. monocytogenes myoblast hücre invazyona odaklanmıştır, ancak H9c2 hücre hattı kontrollü hücre farklılaşması bakteri istilası üzerindeki etkilerini araştırmak için kullanılabilecek çok yönlü bir hücre hattıdır.
L. monocytogenes strain 07PF0776 başlangıçta kalbin invaziv L. monocytogenes enfeksiyonu nedeniyle sürdürülemeyen bir asystolik arrest olan HIV ile enfekte bir hastadan izole edildi8. Fare enfeksiyonu modellerinde bu suşun daha sonra analizi, kalp dokusunu hedeflemek ve istila etmek için gelişmiş bir kapasiteye sahip olduğunu gösterdi. L. monocytogenes ek rastgele izolatların sınırlı bir analizi bakteriyel izolatların alt popülasyonlarının, kalp dokusunda veya kalp kapakçıklarında önceden herhangi bir hasar olmaması durumunda farelerin kalplerini enfekte edebildiğini göstermektedir8. İlginçtir ki, en iyi karakterize L. monocytogenes suşlarından ikisi olan 10403S ve EGD'nin kardiyak hücre ve dokunun zayıf kolonizatörleri olduğu bulunmuştur. 07PF0776 izolatının genom dizilimi, herhangi bir yeni patojenlik adasının varlığını ortaya çıkarmadı veya benzersiz gen kümelerinin kanıtını sunmadı19; bu, 07PF0776'nın mevcut virülans gen ürünleri cephaneliğinin değiştirilmesi yoluyla kalp hücrelerini istila için hedeflediğini göstermektedir. Ön histokimyasal analiz, 07PF0776'nın enfekte fare kalplerinde, orijinal enfekte insan hastada gözlenen apseye benzer görünen apseler oluşturduğunu gösterir (veriler gösterilmez). Diğer kardiyotropik L. monocytogenes'in benzer kardiyak apse oluşumuna neden olup olmadığı belirlenmeye devam etmektedir.
Burada sunulan tahliller, enfeksiyonun farklı yönlerinin incelenmesini kolaylaştırmak için kolayca değiştirilebilir. Bireysel kapaklar ışık veya floresan bazlı mikroskopi için sabitlenebilir ve lekelenebilir, bakteri hücre içi büyüme oranlarının ölçümü ve karşılaştırılması için doku kültürü kuluçka süreleri artırılabilir, doku ve organlar hücresel düzeyde apse oluşumunu ve bakteri dağılımını incelemek için mikroskobik inceleme için parafin gömülüp işlenebilir. Doku kültürü hücrelerinin bakteri istilası veya konak dokuların kolonizasyonu seviyelerini değerlendirirken, her bir tahlilin tespit edebileceği minimum bakteri miktarı açısından sınırlamalar vardır. İn vitro invazyon tahlilleri kapak kapağı başına yaklaşık 300 CFU algılama alt sınırına sahiptir. Kapakları girdaplamak için kullanılan su hacminin ayarlanması, düşük sayıda bakterinin tespitini artırabilir, hücre lizis hacimleri 500 μl kadar düşük, zayıf invaziv suşları tespit etmek için yararlı olduğunu kanıtlayabilir. Kapaklar, konak hücrelerin daha küçük hacimlerde lizizden önce fazla gentamisinini gidermek için steril suya kısa bir süre daldırılabilir. 5 ml veya daha büyük hacim seviyeleri, yüksek derecede invaziv suşları düzgün bir şekilde numaralandırmak için kullanılabilir. Hayvanlarda, organ homojenatları 5 ml veya 10 ml ddH2 0hacimlerinde üretilebilir, daha düşük hacimler daha düşük bakteri seviyelerini tespit etmek için yararlıdır ve ağır kolonize organları daha iyi numaralandırmak için daha yüksek hacimlerdedir. Enfekte organlar için minimum algılama aralığı yaklaşık 100 CFU'dur. Organlar sürekli olarak yüksek seviyelerde kolonize edilirse, daha büyük bir su hacmi (10 ml) kullanmayı ve 96 kuyu plakası içinde daha fazla seyreltme yapmayı düşünün.
Açıklanan yöntemler kalp dışındaki organ ve dokulara uygulanabilir. Plasenta, beyin, safra kesesi, karaciğer ve bağırsak da dahil olmak üzere çok sayıda bölgede kolonizasyonu değerlendirmek için bu gibi istila tahlilleri ve fare enfeksiyonları kullanılmıştır. Yukarıda açıklanan protokollerin değiştirilmesi, hiperinvaziv ve/veya hipervirulent suşları karşılamak için de yapılabilir ve kardiyovasküler sistemin dışındaki bölgelerde invazyon fenotiplerini değerlendirmek için kalp hücrelerinin diğer hücre tipleriyle değiştirilmesi yapılabilir. Farklı hücre tipleri L. monocytogenes istilasına karşı duyarlılıkları değiştirdiğinden, tahlillerden verileri doğru bir şekilde kurtarmak için MOI ve kuluçka süreleri gibi parametrelerin ayarlanması gerekebilir.

Listeria monocytogenes, yaşlılar, hamile kadınlar, HIV/ AIDS'li kişiler ve kemoterapi alan kişiler de dahil olmak üzere duyarlı popülasyonlarda ağır hastalığa neden olabilecek gram-pozitif hücre içi patojendir1. Bu popülasyonlardaki enfeksiyon sıklıkla kontamine gıda ürünlerinin yutulması sonucu ortaya çıkan bir şeydir ve çoğu enfeksiyon büyük ölçekli gıda kaynaklı salgınlarla ilişkilidir2,3. İnsanlarda ve diğer memelilerde, L. monocytogenes ince bağırsağın epitel sınırından geçiş yapabilir ve daha sonra karaciğere taşınabilir4,5. Hayvan modelleri, yutulan bakterilerin bağırsak villi içinde çoğaldığını ve portal damardan karaciğere geçtiğini veya mezenterik lenf düğümleri aracılığıyla kan akışına yayıldığını, karaciğere hematojen yayılmasına yol açarak6,7dalağı olduğunu göstermektedir. Karaciğer ve dalakta, bakteri hem profesyonel fagositlere hem de yerleşik parenkimal hücrelere alıma aracılık edebilir ve bu organlarda hızla enfeksiyonlar oluşturur. Bakteri yükü arttıkça, çok sayıda bakteri kana geri dağılır ve burada merkezi sinir sistemi ve plasenta (varsa) dahil olmak üzere hassas dokuları daha fazla kolonileştirebilir. Bu bölgelerin kolonizasyonu, menenjit, ensefalit ve fetal kürtaj dahil olmak üzere insanlarda listeriosis'in en yaygın belirtilerini önler2.
L. monocytogenes'in seçilmiş alt nüfuslarının son zamanlarda kardiyak doku içinde istila etme ve çoğaltma kapasitesi gelişmiş olduğu gösterilmiştir8. Kalp tutulumunun belirtileri çeşitlidir ve endokardit ve perikarditten iletim anormallikleri9-13ile tamamlanan fulminant miyokarditlere kadar değişir. Yılda L. monocytogenes kardiyak olguların genel sayısı düşüktür, ancak enfeksiyonun bu yönü genellikle iyi tanınmadığı için tahmin edilebilir. Kalbin patojenler tarafından kolonizasyonu genellikle önceden var olan valvüler hasar veya yapay kalp kapakçıkları gibi konak yatkınlıkları gerektirir. Bununla birlikte, herhangi bir kardiyak hasar ve / veya anormallik yokluğunda enfekte hayvanların kalplerini kolonileştirme kapasiteleri ile dikkat çeken L. monocytogenes izoleleri vardır8.
Burada, canlı hayvan enfeksiyonlarının yanı sıra doku kültüründe istila tahlilleri kullanılarak enfekte hayvanlar içindeki kardiyak dokunun bakteriyel kolonizasyonunu değerlendirmek için in vitro ve in vivo yöntemler açıklanmaktadır. Bu yöntemler sadece enfekte hayvanlarda kardiyak dokuyu kolonize etme potansiyeline sahip suşları tanımlamak için değil, aynı zamanda kardiyak hücre istilasını artırmaya ve / veya kalp patolojisinde değişikliklere neden olan bakteriyel gen ürünlerinin tanımlanması için de yararlı olmalıdır. Bu yöntemler kardiyotropinin birden fazla suş arasında karşılaştırılmasına kolaylaşır. Burada açıklanan yöntemler için L. monocytogenes 10403S kardiyotropik olmayan bir suşun iyi çalışılmış bir temsilcisi olarak, klinik izolat 07PF0776 ise kardiyotropik bir suşun temsili bir örneği olarak kullanılmaktadır. Bu iki suş, in vitro kardiyak hücrelerin bakteriyel istilası ve enfekte farelerin kalplerinin kolonizasyonu için bir karşılaştırma sağlamak için seçildi vivo. İzole 07PF0776, HIV+ hastasında ölümcül aritmiye neden olan bir müdahale apsesinden kurtarılan klinik birizoledir 8. L. monocytogenes izolatları virülans potansiyellerinde değişebilir ve Listeria'nın bağışıklık baskılayıcı ve hamile kadınları enfekte etme eğilimi göz önüne alındığında, bu popülasyonlardaki kişiler farklı klinik izolatları değerlendirirken dikkatli olmalıdır.

<table><tbody><tr><td>Difco</td><td>BHI Broth Base</td><td>237200</td><td>2 kg of Brain Heart Infusion powder (without agar)</td></tr><tr><td>Difco</td><td>Agar</td><td>214510</td><td>2 kg of Granulated Agar</td></tr><tr><td>Difco</td><td>BHI Agar</td><td>241810</td><td>2 kg of Brain Heart Infusion Powder with 7.5% Agar</td></tr><tr><td>in vitrogen</td><td>LB Broth Base</td><td>12975-084</td><td>2 kg of Luria Broth Base Powder (without agar)</td></tr><tr><td>Fisher</td><td>Glass Coverslips</td><td>12-545-80</td><td>12 mm glass coverslips</td></tr><tr><td>Falcon</td><td>24-well Tissue Culture Plate</td><td>35-3047</td><td>24 well, Plasma-treated Tissue Culture Plate</td></tr><tr><td>Falcon</td><td>14mL Polystyrene tube</td><td>352051</td><td>14 ml Polystyrene tubes</td></tr><tr><td>Falcon</td><td>96-well U-bottom plate</td><td>35-3077</td><td>Non-tissue culture treated 96-well plate</td></tr><tr><td>Corning</td><td>0.05% Trypsin, 0.53 mM EDTA (1X)</td><td>25-052-CI</td><td>Stock solution of Trypsin EDTA for tissue culture</td></tr><tr><td>Corning</td><td>DMEM (High glucose, high pyruvate)</td><td>15-013-CU</td><td>DMEM media without FBS, glutamine, or antibiotics</td></tr><tr><td>Corning</td><td>Pen/Strep/Glut Solution</td><td>30-009-CI</td><td>Stock mixture of penicillin, streptomycin, and L-glutamine for tissue culture</td></tr><tr><td>Corning</td><td>Gentamicin</td><td>30-005-CR</td><td>50 mg/ml Stock solution of Gentamicin for tissue culture</td></tr><tr><td>Cellgro (Corning)</td><td>L-Glutamine</td><td>25005197</td><td>Stock L-glutamine solution without antibiotics</td></tr><tr><td>Denville</td><td>75cm^2 Flask</td><td>T1225</td><td>75 cm&lt;sup&gt;2&lt;/sup&gt; tissue culture treated flask</td></tr><tr><td>Denville</td><td>1.5mL microcentrifuge tubes</td><td>2013004</td><td>1.5 ml microcentrifuge tubes</td></tr><tr><td>ATCC</td><td>H9c2 Cardiac Myoblasts</td><td>CRL-1446</td><td>Rat cardiac myoblasts</td></tr><tr><td>Hyclone</td><td>Fetal Bovine Serum</td><td>SH30070.63</td><td>Fetal Bovine Serum</td></tr></tbody></table>

assessing bacterial invasion of cardiac cells in culture and heart colonization in infected mice using listeria monocytogenes

Listeria monocytogenes, immün sistemi baskılanmış hastalarda, yaşlılarda ve hamile kadınlarda ciddi invaziv enfeksiyonlara neden olabilecek gram pozitif bir fakülte içi patojendir. İnsanlarda listeriosis'in en yaygın belirtileri menenjit, ensefalit ve fetal kürtajdır. İnvaziv L. monocytogenes enfeksiyonunun önemli ama çok daha az belgelenmiş bir sekel kalbi içerir. Kardiyak hastalıktan ölüm oranı tedaviye rağmen% 35'e kadar olabilir, ancak L. monocytogenes kardiyak dokunun kolonizasyonu ve bunun sonucunda ortaya çıkan patolojileri hakkında çok az şey bilinmektedir. Ek olarak, son zamanlarda L. monocytogenes'in subpopulasyonlarının kalp dokusu içinde istila etme ve büyüme kapasitesine sahip olduğu ortaya çıktı. Bu protokol, L. monocytogenes izolatlarının kardiyotropizmini değerlendirmek için kullanılabilecek in vitro ve in vivo yöntemleri ayrıntılı olarak açıklar. Doku kültüründe H9c2 sıçan kardiyak miyoblastların enfeksiyonu ve enfekte farelerin kalplerinin bakteriyel kolonizasyonunun belirlenmesi için yöntemler sunulmaktadır. Bu yöntemler sadece enfekte hayvanlarda kardiyak dokuyu kolonize etme potansiyeline sahip suşları tanımlamak için yararlı değildir, aynı zamanda kalp hücresi istilasını artırmaya ve / veya kalp patolojislerindeki değişiklikleri yönlendirmeye yarayan bakteriyel gen ürünlerinin tanımlanmasını da kolaylaştırabilir. Bu yöntemler ayrıca birden fazla L. monocytogenes suşu arasında kardiyotropizmin doğrudan karşılaştırılmasına da neden olabilir.

L. monocytogenes'in seçilmiş izolatları, hücre kültüründe ve enfeksiyonun fare modellerinde kardiyak hücrelerin gelişmiş istilası sergiler. Şekil 1, agar ortamlarındaki süspansiyonların nokta kaplamasının ardından bakteri kolonilerinin nasıl görünebileceğine dair bir örnek göstermektedir. Bu yöntem, çok sayıda agar ortam plakası kullanmadan bir örnek içindeki CFO'ların doğru bir şekilde değerlendirilmesini sağlar. Şekil 2, 10403S zorlanmasının kalp hücrelerini istila etme yeteneğini 07PF0776 suşu ile karşılaştıran doku kültürü tabanlı bir tahlil örneği göstermektedir. Gentamisin tedavisini takiben enfekte H9c2 kardiyak hücrelerden 10403S ile enfekte olmuş hücrelere kıyasla iki katından fazla 07PF0776 bakteriyel CFU kurtarılabilir. Bu test kullanılarak kardiyotropik suşlar için rutin olarak 2 ila 4 kat farklılıklar gözlenir. Şekil 3, enfeksiyon sonrası 3 günde enfekte farelerin karaciğerlerinden, dalaklarından ve kalplerinden bakterilerin iyileşmesine bir örnek göstermektedir. Farelerin kardiyotropik suşu 07PF0776 veya suşu 10403S ile enfeksiyonu, enfekte farelerin karaciğerlerinden ve dalaklarından elde edilen benzer sayıda bakteri ile sonuçlanır, ancak 07PF0776 ile enfekte olan farelerin kalpten tespit edilebilir sayıda bakteri verme ve bu organda daha fazla bakteri yükü sergileme olasılığı daha yüksektir.
<img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/52497/52497fig1.jpg"> Şekil 1: Bakteriyel CFO'ları belirlemek için spot kaplama tekniği örneği. Cam kapaklarda yetişen ve L. monocytogenes ile enfekte olan H9c2 hücreleri lislendi ve süspansiyonlar 1:1.000 seyreltmeye (sol panel) kadar 1:10 seyreltme kullanılarak seri olarak seyreltildi. Her kuyudan 10 ul'u doğrudan lb agar plakasına borulamak için çok kanallı bir pipet kullanıldı ve plaka bir gecede 37 °C'de (sağ panel) inkübe edildi. Kapak sapağı başına bakteri sayısı, uygun seyreltme ile ilişkili bakteriyel CFU sayılarak değerlendirilir.
<img alt="Figure 2" src="/files/ftp_upload/52497/52497fig2.jpg"> Şekil 2: L. monocytogenes strain 07PF0776 doku kültüründe kardiyak hücrelerin gelişmiş invazyonunu sergiler. H9c2 hücrelerinde moi = 100 kullanılarak invazyon tahlilleri yapıldı. Grafikte, 10403S (siyah) ile enfekte olmuş hücrelerden kurtarılan hücre içi bakteriyel CFO'ların ortalama sayısı ile kardiyotropik 07PF0776 suşu (mavi) açıklanmıştır. ** p <0.01'in önemini gösterir.
<img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/52497/52497fig3.jpg"> Şekil 3: L. monocytogenes strain 07PF0776 fare enfeksiyonu modellerinde kalbin gelişmiş istilasını sergiler. Hayvana kuyruk damarı üzerinden 10.000 CFU aşılandı. Enfeksiyonların 72 saat boyunca ilerlemesine izin verildi, bu noktada hayvanlar kurban edildi ve organ başına bakteriyel CFU belirlemek için karaciğerler, dalaklar ve kalpler toplandı ve işlendi. Düz daireler, +/- SE çizgisiyle belirtilen bir grup içindeki tüm hayvanlar için ortalama değerle, bireysel farelerden elde edilen CFU'yu temsil eder. Yüzde değerleri, kalp içinde tespit edilebilir bakteriyel CFU içeren hayvanların sayısını gösterir. * p <0.05'in önemini gösterir.

Watch this Scientific Journal Video about Assessing Bacterial Invasion of Cardiac Cells in Culture and Heart Colonization in Infected Mice Using Listeria monocytogenes at JoVE.com

Assessing Bacterial Invasion of Cardiac Cells in Culture and Heart Colonization in Infected Mice Using Listeria monocytogenes

Listeria monocytogenes gebelerde fetal enfeksiyonlara ve duyarlı popülasyonlarda menenjite neden olur. Bakterilerin subpopulasyonları kalp dokusunu kolonize ederek hastalarda ve laboratuvar hayvanlarında miyokarditlere neden olabilir. Burada L. monocytogenes kardiyak hücre invazyonunun in vitro ve enfekte hayvanlarda kardiyak kolonizasyonun nasıl değerlendirileceğini açıklayan bir protokol sunuyoruz.

Listeria monocytogenes Kullanarak Enfekte Farelerde Kültür ve Kalp Kolonizasyonunda Kardiyak Hücrelerin Bakteriyel İstilasının Değerlendirilmesi

Listeria monocytogenes is a Gram-positive facultative intracellular pathogen that is capable of causing serious invasive infections in immunocompromised ...

assessing-bacterial-invasion-cardiac-cells-culture-heart-colonization

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Immunology and Infection

Assessing Bacterial Invasion of Cardiac Cells in Culture and Heart Colonization in Infected Mice Using Listeria monocytogenes

5.4K Görüntüleme.  College of Medicine, University of Illinois at Chicago. Listeria monocytogenes gebelerde fetal enfeksiyonlara ve duyarlı popülasyonlarda menenjite neden olur. Bakterilerin subpopulasyonları kalp dokusunu kolonize ederek hastalarda ve laboratuvar hayvanlarında miyokarditlere neden olabilir. Burada L. monocytogenes kardiyak hücre invazyonunun in vitro ve enfekte hayvanlarda kardiyak kolonizasyonun nasıl değerlendirileceğini açıklayan bir protokol sunuyoruz. 

Video: Assessing Bacterial Invasion of Cardiac Cells in Culture and Heart Colonization in Infected Mice Using Listeria monocytogenes

Measuring Bacterial Load and Immune Responses in Mice Infected with Listeria monocytogenes

Listeria monocytogenes (Listeria) is a Gram-positive facultative intracellular pathogen1. Mouse studies typically employ intravenous injection of Listeria, which results in systemic infection2. After injection, Listeria quickly disseminates to the spleen and liver due to uptake by CD8&alpha;+ dendritic cells and Kupffer cells3,4. Once phagocytosed, various bacterial proteins enable Listeria to escape the phagosome, survive within the cytosol, and infect neighboring cells5. During the first three days of infection, different innate immune cells (e.g. monocytes, neutrophils, NK cells, dendritic cells) mediate bactericidal mechanisms that minimize Listeria proliferation. CD8+ T cells are subsequently recruited and responsible for the eventual clearance of Listeria from the host, typically within 10 days of infection6.
Successful clearance of Listeria from infected mice depends on the appropriate onset of host immune responses6	. There is a broad range of sensitivities amongst inbred mouse strains7,8. Generally, mice with increased susceptibility to Listeria infection are less able to control bacterial proliferation, demonstrating increased bacterial load and/or delayed clearance compared to resistant mice. Genetic studies, including linkage analyses and knockout mouse strains, have identified various genes for which sequence variation affects host responses to Listeria infection6,8-14. Determination and comparison of infection kinetics between different mouse strains is therefore an important method for identifying host genetic factors that contribute to immune responses against Listeria. Comparison of host responses to different Listeria strains is also an effective way to identify bacterial virulence factors that may serve as potential targets for antibiotic therapy or vaccine design.
We describe here a straightforward method for measuring bacterial load (colony forming units [CFU] per tissue) and preparing single-cell suspensions of the liver and spleen for FACS analysis of immune responses in Listeria-infected mice. This method is particularly useful for initial characterization of Listeria infection in novel mouse strains, as well as comparison of immune responses between different mouse strains infected with Listeria. We use the Listeria monocytogenes EGD strain15 that, when cultured on blood agar, exhibits a characteristic halo zone around each colony due to &beta;-hemolysis1 (Figure 1). Bacterial load and immune responses can be determined at any time-point after infection by culturing tissue homogenate on blood agar plates and preparing tissue cell suspensions for FACS analysis using the protocols described below. We would note that individuals who are immunocompromised or pregnant should not handle Listeria, and the relevant institutional biosafety committee and animal facility management should be consulted before work commences.

Measuring Bacterial Load and Immune Responses in Mice Infected with Listeria monocytogenes

Listeria monocytogenes is a model organism for studying immune responses and genetic susceptibility to intracellular bacteria in mice. This method enables one to measure bacterial load and generate single-cell suspensions of the liver and spleen from mice for FACS analysis to determine changes in immune cells due to Listeria infection.

Ile Enfekte Fare Bakteriyel Yük ve Bağışıklık Yanıtları Ölçüm Listeria monocytogenes</em

Listeria monocytogenes (Listeria) is a Gram-positive facultative intracellular pathogen1. Mouse studies typically employ intravenous injection of ...

İmmünoloji ve Enfeksiyon

Oral Transmission of Listeria monocytogenes in Mice via Ingestion of Contaminated Food

L. monocytogenes are facultative intracellular bacterial pathogens that cause food borne infections in humans. Very little is known about the gastrointestinal phase of listeriosis due to the lack of a small animal model that closely mimics human disease. This paper describes a novel mouse model for oral transmission of L. monocytogenes. Using this model, mice fed L. monocytogenes-contaminated bread have a discrete phase of gastrointestinal infection, followed by varying degrees of systemic spread in susceptible (BALB/c/By/J) or resistant (C57BL/6) mouse strains. During the later stages of the infection, dissemination to the gall bladder and brain is observed. The food borne model of listeriosis is highly reproducible, does not require specialized skills, and can be used with a wide variety of bacterial isolates and laboratory mouse strains. As such, it is the ideal model to study both virulence strategies used by L. monocytogenes to promote intestinal colonization, as well as the host response to invasive food borne bacterial infection.

Oral Transmission of Listeria monocytogenes in Mice via Ingestion of Contaminated Food

This paper describes a novel method for oral infection of mice using Listeria monocytogenes-contaminated food. The protocol can readily be adapted for use with other food borne bacterial pathogens.

Sözlü İletim<em&gt; Listeria monocytogenes</em&gt; Kirlenmiş Gıda Yutma ile Farelerde

L. monocytogenes are facultative intracellular bacterial pathogens that cause food borne infections in humans. Very little is known about the ...

Imaging InlC Secretion to Investigate Cellular Infection by the Bacterial Pathogen Listeria monocytogenes

Bacterial intracellular pathogens can be conceived as molecular tools to dissect cellular signaling cascades due to their capacity to exquisitely manipulate and subvert cell functions which are required for the infection of host target tissues. Among these bacterial pathogens, Listeria monocytogenes is a Gram positive microorganism that has been used as a paradigm for intracellular parasitism in the characterization of cellular immune responses, and which has played instrumental roles in the discovery of molecular pathways controlling cytoskeletal and membrane trafficking dynamics. In this article, we describe a robust microscopical assay for the detection of late cellular infection stages of L. monocytogenes based on the fluorescent labeling of InlC, a secreted bacterial protein which accumulates in the cytoplasm of infected cells; this assay can be coupled to automated high-throughput small interfering RNA screens in order to characterize cellular signaling pathways involved in the up- or down-regulation of infection.

Imaging InlC Secretion to Investigate Cellular Infection by the Bacterial Pathogen Listeria monocytogenes

Listeria monocytogenes is a Gram positive bacterial pathogen frequently used as a major model for the study of intracellular parasitism. Imaging late L. monocytogenes infection stages within the context of small-interfering RNA screens allows for the global study of cellular pathways required for bacterial infection of target host cells.

Bakteriyel Patojen Hücresel Enfeksiyon Soruşturma inlc salgılanmasına Görüntüleme<em&gt; Listeria monocytogenes</em

Bacterial intracellular  pathogens can be conceived as molecular tools to dissect cellular signaling  cascades due to their capacity to exquisitely ...

Experimental Infection with Listeria monocytogenes as a Model for Studying Host Interferon-&#947; Responses

L. monocytogenes is a gram-positive bacterium that is a cause of food borne disease in humans. Experimental infection of mice with this pathogen has been highly informative on the role of innate and adaptive immune cells and specific cytokines in host immunity against intracellular pathogens. Production of IFN-&#947; by innate cells during sublethal infection with L. monocytogenes is important for activating macrophages and early control of the pathogen1-3. In addition, IFN-&#947; production by adaptive memory lymphocytes is important for priming the activation of innate cells upon reinfection4. The L. monocytogenes infection model thus serves as a great tool for investigating whether new therapies that are designed to increase IFN-&#947; production have an impact on IFN-&#947; responses in vivo and have productive biological effects such as increasing bacterial clearance or improving mouse survival from infection. Described here is a basic protocol for how to conduct intraperitoneal infections of C57BL/6J mice with the EGD strain of L. monocytogenes and to measure IFN-&#947; production by NK cells, NKT cells, and adaptive lymphocytes by flow cytometry. In addition, procedures are described to: (1) grow and prepare the bacteria for inoculation, (2) measure bacterial load in the spleen and liver, and (3) measure animal survival to endpoints. Representative data are also provided to illustrate how this infection model can be used to test the effect of specific agents on IFN-&#947; responses to L. monocytogenes and survival of mice from this infection.

This protocol describes how to inoculate C57BL/6J mice with the EGD strain of Listeria monocytogenes (L. monocytogenes) and to measure interferon-&#947; (IFN-&#947;) responses by natural killer (NK) cells, natural killer T (NKT) cells, and adaptive T lymphocytes post-infection. This protocol also describes how to conduct survival studies in mice after infection with a modified LD50 dose of the pathogen.

Deneysel Enfeksiyon<em&gt; Listeria monocytogenes</em&gt; Ana İnterferon-γ Yanıtları incelenmesi için Bir Model Olarak

L. monocytogenes is a gram-positive bacterium that is a cause of food borne disease in humans. Experimental infection of mice with this pathogen has been ...

Visualization of Streptococcus pneumoniae within Cardiac Microlesions and Subsequent Cardiac Remodeling

During bacteremia Streptococcus pneumoniae can translocate across the vascular endothelium into the myocardium and form discrete bacteria-filled microscopic lesions (microlesions) that are remarkable due to the absence of infiltrating immune cells. Due to their release of cardiotoxic products, S. pneumoniae within microlesions are thought to contribute to the heart failure that is frequently observed during fulminate invasive pneumococcal disease in adults. Herein is demonstrated a protocol for experimental mouse infection that leads to reproducible cardiac microlesion formation within 30 hr. Instruction is provided on microlesion identification in hematoxylin &#38; eosin stained heart sections and the morphological distinctions between early and late microlesions are highlighted. Instruction is provided on a protocol for verification of S. pneumoniae within microlesions using antibodies against pneumococcal capsular polysaccharide and immunofluorescent microscopy. Last, a protocol for antibiotic intervention that rescues infected mice and for the detection and assessment of scar formation in the hearts of convalescent mice is provided. Together, these protocols will facilitate the investigation of the molecular mechanisms underlying pneumococcal cardiac invasion, cardiomyocyte death, cardiac remodeling as a result of exposure to S. pneumoniae, and the immune response to the pneumococci in the heart.

Visualization of Streptococcus pneumoniae within Cardiac Microlesions and Subsequent Cardiac Remodeling

Streptococcus pneumoniae forms discrete non-purulent microscopic lesions in the heart. Outlined is the protocol for a murine model of cardiac microlesion formation. Instruction is provided on microlesion visualization using microscopy, discrimination between early and late microlesions, and methods to detect cardiac remodeling in hearts of convalescent animals.

Görselleştirme<em&gt; Streptococcus pneumoniae</em&gt; Kalp Microlesions ve sonraki Kardiyak Tadilat içinde

During bacteremia Streptococcus pneumoniae can translocate across the vascular endothelium into the myocardium and form discrete bacteria-filled ...

Tıp

Listeria monocytogenes Infection of the Brain

Listeria monocytogenes is an intracellular bacterial pathogen that is frequently associated with food-borne infection. The ability of&#160;L. monocytogenes to cross the blood-brain barrier (BBB) is concerning as it can lead to life-threatening meningitis and encephalitis. The BBB protects the brain microenvironment from various toxic metabolites and microbial pathogens found in the blood following infection, and therefore supports brain homeostasis. The mechanisms by which L. monocytogenes present in the bloodstream cross the BBB to cause brain infections are not fully understood and there is also a lack of a robust model system to study brain infections by L. monocytogenes. Here, we present a simple mouse infection model to determine whether bacteria have crossed the BBB and to quantitate the burden of bacteria that have colonized the brain in vivo. In this method, animals were infected intravenously with L. monocytogenes and were humanely euthanized by exposure to CO2 followed by cervical dislocation. Cardiac perfusion of the animals was performed prior to harvesting infected organs. Blood was collected before perfusion and the number of bacteria per organ or mL of blood was determined by plating dilutions of the blood or organ homogenates on agar plates and counting the number of colonies formed. This method can be used to study novel receptor-ligand interactions that enhance infection of the brain by L. monocytogenes and can be easily adapted for the study of multiple bacterial pathogens.

Listeria monocytogenes Infection of the Brain

During infection, Listeria monocytogenes is capable of crossing the blood-brain barrier to colonize the brain. In this protocol, we demonstrate how to assess bacterial colonization of organs following infection of mice. A procedure to perform whole organ perfusion for specific determination of bacterial numbers in the brain parenchyma is provided.

Listeria Monositogenez Enfeksiyon beyin

Listeria monocytogenes is an intracellular bacterial pathogen that is frequently associated with food-borne infection. The ability of&#160;L. ...

Using a Bacterial Pathogen to Probe for Cellular and Organismic-level Host Responses

There are a variety of strategies bacterial pathogens employ to survive and proliferate once inside the eukaryotic cell. The so-called 'cytosolic' pathogens (Listeria monocytogenes, Shigella flexneri, Burkholderia pseudomallei, Francisella tularensis, and Rickettsia spp.) gain access to the infected cell cytosol by physically and enzymatically degrading the primary vacuolar membrane. Once in the cytosol, these pathogens both proliferate as well as generate sufficient mechanical forces to penetrate the plasma membrane of the host cell in order to infect new cells. Here, we show how this terminal step of the cellular infection cycle of L. monocytogenes (Lm) can be quantified by both colony-forming unit assays and flow cytometry and give examples of how both pathogen- and host-encoded factors impact this process. We also show a close correspondence of Lm infection dynamics of cultured cells infected in vitro and those of hepatic cells derived from mice infected in vivo. These function-based assays are relatively simple and can be readily scaled up for discovery-based high-throughput screens for modulators of eukaryotic cell function.

We describe both in vitro and in vivo infection assays that can be used to analyze the activities of host-encoding factors.

Bakteriyel Pathogen sonda için hücresel ve Organismic düzeyi ana bilgisayar yanıt için kullanma

There are a variety of strategies bacterial pathogens employ to survive and proliferate once inside the eukaryotic cell. The so-called 'cytosolic' ...

A Technique to Establish a Bacterial Infection Model in an Ex Vivo Organ Culture

Source: Rizzuto, G. A., et al. <a href="https://app-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/v/54237">Human Placental and Decidual Organ Cultures to Study Infections at the Maternal-fetal Interface.</a> J. Vis. Exp. (2016)
This video demonstrates a method to establish an infection model in placental tissues to study infection propagation. An ex vivo placental organ culture is infected with Listeria monocytogenes, a facultative intracellular parasite. The bacteria invade extravillous trophoblasts (EVTs) to enter the placental tissue and then propagate to other cells via cell-to-cell spread.

Ex Vivo Organ Kültüründe Bakteriyel Enfeksiyon Modeli Oluşturma Tekniği

All procedures involving human participants have been performed in compliance with the institutional, national, and international guidelines for human ...

JoVE Encyclopedia of Experiments

İmmünoloji

İmmünopatoloji

In Vitro Modelleri

Quantification of Bacterial Infection in Host Cells by the Colony-Forming Unit Assay

Source: Gayle, P. et al., <a href="https://app-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/v/58775">Using a Bacterial Pathogen to Probe for Cellular and Organismic-level Host Responses.</a>&#160;J. Vis. Exp.&#160; (2019).
This video demonstrates an in vitro quantification technique to determine Listeria monocytogenes infection of macrophages by the colony-forming unit assay. The bacterial colonies on the agar plate represent the intracellular bacterial population that escapes the host-defense mechanism and survives within the macrophages.

Konak Hücrelerde Bakteriyel Enfeksiyonun Koloni Oluşturan Birim Testi ile Miktar Tayini

Source: Gayle, P. et al., Using a Bacterial Pathogen to Probe for Cellular and Organismic-level Host Responses.&#160;J. Vis. Exp.&#160; (2019).
This video ...

Bağışıklık Yanıtları

Konak-Patojen Etkileşimi

Flow Cytometry Analysis of Intracellular and Emergent Extracellular Listeria monocytogenes In Vitro

Source: Gayle, P. et al., <a href="https://app-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/v/58775">Using a Bacterial Pathogen to Probe for Cellular and Organismic-level Host Responses.</a> J. Vis. Exp. (2019)
In this video, we quantify intracellular and extracellular Listeria monocytogenes, an intracellular pathogenic bacteria, following their infection of cultured macrophages in vitro using flow cytometry.

İntrasellüler ve Acil Ekstraselüler Listeria monocytogenes'in In Vitro Flow Sitometri Analizi

Source: Gayle, P. et al., Using a Bacterial Pathogen to Probe for Cellular and Organismic-level Host Responses. J. Vis. Exp. (2019)
In this video, we ...

Listeria monocytogenes Kullanarak Enfekte Farelerde Kültür ve Kalp Kolonizasyonunda Kardiyak Hücrelerin Bakteriyel İstilasının Değerlendirilmesi

Özet

Daha Fazla Video Keşfet

Bu videodaki bölümler

Ile Enfekte Fare Bakteriyel Yük ve Bağışıklık Yanıtları Ölçüm Listeria monocytogenes

Sözlü İletim

Bakteriyel Patojen Hücresel Enfeksiyon Soruşturma inlc salgılanmasına Görüntüleme

Deneysel Enfeksiyon

Görselleştirme

Listeria Monositogenez Enfeksiyon beyin

Bakteriyel Pathogen sonda için hücresel ve Organismic düzeyi ana bilgisayar yanıt için kullanma

Ex Vivo Organ Kültüründe Bakteriyel Enfeksiyon Modeli Oluşturma Tekniği

Konak Hücrelerde Bakteriyel Enfeksiyonun Koloni Oluşturan Birim Testi ile Miktar Tayini

İntrasellüler ve Acil Ekstraselüler Listeria monocytogenes'in In Vitro Flow Sitometri Analizi