A Staphylococcus aureus hatása a bélmikrobiális ökológiára egy in vitro folyamatos tenyésztésű emberi vastagbél-modellrendszerben

Thippeswamy H. Sannasiddappa

1 Biológiai Tudományok Iskolája, Reading Egyetem, Reading, Egyesült Királyság,

Adele Costabile

2 Élelmiszer mikrobiológiai egység, Élelmiszer- és táplálkozástudományi iskola, Readingi Egyetem, Reading, Egyesült Királyság,

Glenn R. Gibson

2 Élelmiszer mikrobiológiai tudományok egysége, Élelmiszer- és táplálkozástudományi iskola, Readingi Egyetem, Reading, Egyesült Királyság,

Simon R. Clarke

1 Biológiai Tudományok Iskolája, Reading Egyetem, Reading, Egyesült Királyság,

A kísérletek megtervezése és megtervezése: THS AC GRG SRC. Végezte el a kísérleteket: THS. Elemezte az adatokat: THS AS GRG SRC. Hozzájáruló reagensek/anyagok/elemző eszközök: THS AS GRG SRC. Írta az írást: THS AS GRG SRC.

Absztrakt

Az emberi vastagbél anaerob háromlépcsős folyamatos tenyésztési modelljét (bélmodell), amely a vastagbél különböző anatómiai területeit reprezentálja, a bél S. aureus fertőzésének a rezidens fekális mikrobiotára gyakorolt hatásának tanulmányozására használtuk. Vizsgálatokat végeztek a mikrobiota fejlődéséről a három edényben, és a baktériumokat tenyészettől független fluoreszcencia in situ hibridizációval (FISH) azonosították. Ezenkívül a rövid láncú zsírsavakat (SCFA), mint a bélbaktériumok anyagcseréjének fő végtermékeit, mértük a domináns mikrobiota mennyiségi értékelésével. Állandó állapotban a S. aureus sejtek száma stabilizálódott, amíg ki nem mossák őket, de az őshonos baktériumok populációja átmenetileg megváltozott; így a S. aureus képes volt kompenzálni a vastagbél mikrobiota általi kolonizációs rezisztenciát. Továbbá a vajsav koncentrációja a proximális vastagbélt képviselő edényben jelentősen csökkent a fertőzés hatására. Úgy tűnik tehát, hogy a S. aureus által okozott fertőzés képes megváltoztatni az emberi vastagbél mikrobiota általános szerkezetét és a mikrobiális anyagcsere profilokat. Ez a munka egy kezdeti in vitro modellt nyújt a kórokozókkal való kölcsönhatások elemzésére.

Bevezetés

A S. aureus által végzett bél-kolonizáció klinikai következményei még mindig viszonylag rosszul vannak meghatározva. Feltételezzük, hogy a szállítás veszélyt jelent a bélfertőzésre. A S. aureus pszedomembranosus vastagbélgyulladást indukálhat, amely szövettanilag különbözik a Clostridium difficile által okozottól [9]. Számos tanulmány kimutatta, hogy a bél kolonizációja gyakran fordul elő csecsemőknél, különösen azoknál, akiket szoptattak [10], és pozitívan korrelál az allergia kialakulásával és a CD14 oldható immunmodulátor megnövekedett expressziós szintjével ilyen gyermekeknél [11] - 15]. A bélhordozás szerepe a szisztémás S. aureus betegség kialakulásában még nem ismert. Egerekben azonban a bél lumenének kolonizációja ahhoz vezethet, hogy a S. aureus átjut a bél hámgátján, majd elterjed a mesenterialis nyirokcsomókra [16], [17].

Az emberi belek egy komplex ökoszisztémát képviselnek, sok kommenzális mikroflóra fajjal, különféle szekréciós folyadékokkal, az emésztett táplálék fermentációs metabolitjaival és a gazdaszervezet védekező molekuláival [18]. Az emberi bélrendszerben a kórokozó baktériumok túlélése és az azt követő sikeres kolonizáció megköveteli, hogy ellenálljanak a bél veleszületett védekezőképességének. A normál kommenzális baktériumok kolonizációs rezisztenciája, savas pH, fermentációs metabolitok, például rövid láncú zsírsavak (SCFA), magas ozmolaritás, a bél helyi nyálkahártya immunitása a gazdaszervezet védekező molekulái és a bélben lévő epesavak között jelentős akadályokat jelentenek a betolakodó patogén baktériumok túlélése és kolonizációja szempontjából.

A mai napig nem alkalmaztak megfelelő in vivo modelleket a S. aureus hordozásának és túlélésének tanulmányozására az emberi belekben. A laboratóriumi egérfertőzési modellek nem reprodukálják az emberi bél komplex mikrobiális ökoszisztémáját vagy fizikai-kémiai környezetét [19].

Az in vitro háromlépcsős folyamatos tenyésztési rendszer (bélmodell) hasznos eszköz a mikrobiota ökológiájának és metabolikus aktivitásának nyomon követésére a proximális, transzverzális és distalis vastagbélben, különös tekintettel a különböző környezeti feltételekre, az étrendi beavatkozásokra, valamint gyógyszerek és antimikrobiális szerek beadásaként [20], [21]. Ebben a tanulmányban a S. aureus normál bélflóra és a kórokozó túlélésének hatását vizsgáltuk az emberi vastagbél háromlépcsős folyamatos tenyésztési modellrendszerének felhasználásával. Megállapítottuk, hogy a fertőzés jelentős hatással volt a normális vastagbél mikroflórára. Futhermore, s hort c hain f atty a cids (SCFA) generációját, a bélbaktériumok anyagcseréjének végtermékeit mértük, és azt tapasztaltuk, hogy a S. aureus jelenléte jelentősen megváltoztatta őket. Így a S. aureus képes befolyásolni az emberi bélben a mikrobiota és az SCFA-k összetételét.

Eredmények

A S. aureus túlélése az emberi bél folyamatos tenyésztési modelljében

In vitro háromlépcsős tenyésztési rendszert alkalmaztunk az emberi vastagbélben található állapotok modellezésére (1. ábra). A S. aureus fertőzés utáni túlélését három független in vitro vastagbélmodellben életképes telepszámlálási módszerekkel számszerűsítettük szelektív BHI alkalmazásával; minden kolónia azonos morfológiával rendelkezik. Az egyes vastagbélmodellek V1-be történő beoltása előtt a kolóniák száma az SS1-nél kimutatható S. aurue hiányát mutatta ki a vastagbélmodellekben (2A. Ábra). Miután a vastagbélmodelleket S. aureusszal oltottuk be c koncentrációra. 2 × 1010 CFU/ml, egyetlen dózisban, a S. aureus populációk 6-7 Log10 egységen stabilizálódtak 4 és 6 óra alatt a vastagbélmodellek mindhárom edényében (2A. Ábra). 3-4 log10 egységnyi alcsoportot találtunk 24, 48 és 72 órás periódus alatt mindhárom érben, és kevesebb, mint 2-3 log10 egységszámot találtunk a kezdeti oltás után 96 órával (2A. Ábra). Az SS2-nél a három ér egyikében sem mutattak ki S. aureust.

Minden edénybe folyamatosan O2 szabad N2-t töltöttek. Az egyes edények pH-ját egyedileg tartottuk, szükség esetén 1 M HCl vagy 1 M NaOH automatikus hozzáadásával. A rendszert 37 ° C-on tartjuk és folyamatosan keverjük.