호스트 표현형의 시험에<em> Gambusia의 affinis입니다</em> 다음은 항생제 치료

Summary

이 연구는 항생제에 의해 피부와 장내 마이크로 바이 옴의 사회 구성의 변경 다음 모델 물고기 호스트에 효과를 나타 내기 위해 방법을 포함한다.

Abstract

The commonality of antibiotic usage in medicine means that understanding the resulting consequences to the host is vital. Antibiotics often decrease host microbiome community diversity and alter the microbial community composition. Many diseases such as antibiotic-associated enterocolitis, inflammatory bowel disease, and metabolic disorders have been linked to a disrupted microbiota. The complex interplay between host, microbiome, and antibiotics needs a tractable model for studying host-microbiome interactions. Our freshwater vertebrate fish serves as a useful model for investigating the universal aspects of mucosal microbiome structure and function as well as analyzing consequential host effects from altering the microbial community. Methods include host challenges such as infection by a known fish pathogen, exposure to fecal or soil microbes, osmotic stress, nitrate toxicity, growth analysis, and measurement of gut motility. These techniques demonstrate a flexible and useful model system for rapid determination of host phenotypes.

Introduction

이 항생제는 미생물 지역 사회의 불균형을 의미 dysbiosis로 이어지는 인간 마이크로 바이 옴을 방해 할 수 설립되었습니다. 항생제 치료 후 미생물의 조성 변화, 특히 장 ^{1, 2,} 지역 사회의 다양성을 낮출 키 회원을 줄이고, 지역 사회의 신진 대사를 변경하는 것으로 나타났다. 장내 마이크로 바이 옴의 항생제 방해는 클로스 트리 디움 디피 ^{3, 4,} 살모넬라 ⁵ 식민지 저항을 줄일 수 있습니다.

또한, 미생물의 파괴는 많은 신드롬 및 인간 질환의 발전에 연결되어있다 (예를 들면, 항생제 관련 장염, 염증성 장 질환, 대사 질환, 등.). 항생제가 널리 성장 촉진제로 농업 구현가축 및 가금류 생산 ^6. 이러한 강력한 도구의 사용은 항생제 내성의 급속한 상승뿐만 아니라 마이크로 바이 교란의 효과는 명백하다 거주 된 호스트 갖는 부수적 효과가없는 것은 아니다. 많은 연구가 광범위 항생제 사용이 장시간 동안 지속 미생물의 구조와 기능에 영향 아직 항생제 파괴 마이크로 바이 영향 호스트 생리학에서 부작용되어지지되도록 아직만을 추측이 있는지 보여준다.

호스트, 미생물, 항생제 사이의 상호 작용은 간결한 방식으로 이해되는 거리가 멀다. 따라서, 간단하고 더 다루기 쉬운 모델은 복잡한 포유류 시스템에서 빛을 발산하는 것이 유리하다. 장내 포함한 인체 점막 표면은 또한 높은 밀도 및 미생물의 다양성, 및 가장 친밀한 미생물 숙주 상호 항구. 물고기 이벤트 (S)의 점막 피부 마이크로 바이 옴모델 시스템으로 everal 장점. 진골 어류 (뼈 물고기) 경골 어류는 모두 타고난를 가지고 공생 세균 지역 사회 ^(7)과의 관계를 공동 진화 면역 체계를 인수하는 척추 동물의 의미 내에서 분기 할 수있는 최초의 계보 중 하나입니다. 물고기 피부 공유 등의 생리 기능, 면역 구성 요소 및 점액 생산 세포 ^(8)의 배치와 같은 포유 동물의 종류 1 점막 표면, 많은 특징. 물고기 피부 점막 표면의 외부 위치는 실험적으로 조작하기 쉽고 샘플 마이크로 바이 옴을 제공합니다.

서부 mosquitofish, Gambusia의 affinis입니다 (G. affinis입니다)를 결합 및 독성 ^{9, 10, 11을} 공부 과거에 사용 된 모델 물고기입니다. 침입 종으로 야생에서 작은 크기, 인구 풍부을 감안할 때, m inimal 관리 비용, 성의 자연, 우리는 점막 마이크로 바이 옴 모델로 G. affinis입니다을 개발했다. 또한, Gambusia 물고기 종의 드문 태생 포유류, 젊은 살고 출산의 생리를 공유 할 수 있습니다. 우리는 Gambusia ¹² 프로파일 16S를 사용하여 물고기 피부에 정상 미생물의 시점에서 가장 광범위한 연구를 완료했다. 또한 작품은 피부와 장내 미생물의 중단 넓은 스펙트럼 ⁽¹³⁾ 항생제를 사용하여 다음 호스트에 세 가지 부정적인 영향을 보여 주었다.

다섯 가지 효과는 항생제에 노출 된 후 물고기에 조사 하였다. 마이크로 바이 옴의 가장 잘 설립 된 호스트의 이점은 병원균의 경쟁 제외입니다. 물고기 병원균 인 Edwardsiella의 ictaluri는 상업적인 메기 양식장 ¹⁴ 장 패혈증의 발생을 일으키는 것으로 알려져있다. E. ictaluri은 제브라 치명적 감염을 보였다클래스 = "외부 참조"> ^{15, 16,} Gambusia ^17. 물 열에서이 병원체가있는 문제는 배제의 기준 역할을 할 수 있습니다. 개별 병원체에 대한 감수성에 비교 된 바와 같이, 혼합 된 미생물의 고밀도에 노출시 생존도 행했다. 대변 ​​및 유기 풍부한 토양 미생물 사회의 일반적 발생 소스로 사용 하였다.

장내 세균 커뮤니티가 수행하는 또 다른 역할은 확립 따라서 호스트에 대한 전체적인 영양 섭취에 영향을 양분 처리 에너지 수확이다. 영양의 총 측정으로, 물고기 체중은 표준 식단을 공급되는 한 달 전, 후 비교 하였다. 평균적으로 제어 물고기는 달 체중이 증가하면서 평균 체중 감량으로 물고기를 항생제 처리. 체중 증가의 결여의 메카니즘은 불분명하다. 한 가지 요인은 창자에서 음식의 통과 시간입니다. GI의 모티lity 방법은 전송 시간을 결정하는 제브라 피쉬 (아담 리치, SUNY 브록 포트, 개인 통신)에서 적응했다. 항생제 처리 물고기가 변경된 통과 시간이있는 경우는 아직 결정되지 않았습니다.

모든 생물체, 특히 어류에 의해 자연 환경에서 경험하는 일반적인 문제는 삼투압 스트레스입니다. Gambusia은 급성 염분 ^(18)의 높은 농도로 강조 할 때 신속하게 적응하는 것으로 나타났다. 놀랍게도, 전시 항생제 변경 마이크로 바이 옴 물고기는 높은 소금 스트레스 생존을 낮췄다. 이 소설 표현형에 대한 메커니즘을 조사 중입니다. 특히 수조 수생 동물에 다른 일반적인 스트레스 독성 형태 질소 (암모니아, 질산염, 아질산염)이다. 질산에 대한 생존 항생제 처리 및 제어 물고기 사이에 유의 한 차이가 있었다. 이 논문에서 제시 한 방법은 이러한 제브라 같은 Gambusia 또는 유사한 물고기 모델 유기체로 사용될 수있다물고기와 송사리는 실험 조작 다음과 물고기의 표현형을 측정합니다.

Protocol

모든 동물 실험은, IACUC 프로토콜의 승인하에 수행, 14-05-05-1018-3-01 13-04-29-1018-3-01 및 14-04-17-1018-3-01 번호가되었다. 1. 동물 수집, 처리, 및 윤리 관리 19 L 버킷에 작은 딥 그물과 장소를 사용하여 필드 사이트 (http://www.sms.si.edu/irlspec/Gambusia_affinis.htm에서 식별 가이드)에서 Gambusia affinis입니다를 수집합니다. 종을 식별하기 위해 육안 검사를 사용합니다. 연못 물을 양동이에 2 …

Representative Results

항생제 노출 13 생선 호스트 효과를 연구하기 위해 사용 된 실험 시스템의 전체 개략도는도 1a에 나타낸 물고기으로부터 피부 (도 1b) 및 장 (도 1C) microbiomes를 추출하기위한 기술을 포함한다. 이전 데이터는 전체 피부 배양 수는 초기 치료에 drops 동안, 그것은 3 일 후 수준으로 처리 사전에 반환 된 것을 알 수 있기 때?…

Discussion

일부 문제는 약물이 물고기 조직에서 고갈 될 항생제 치료 후 깨끗한 APW의 휴식 기간이 필요합니다. 나머지 기간은 스킵 경우 항생제 존재는 분석이 세균에 대한 노출을 수반 특히 결과를 혼동 할 수있다. 것 항생제 노광시 호스트 예비 실험 모니터링 마이크로 바이 조성물 (16S 프로파일 또는 총 유전체) 인구 밀도 (qPCR을 통해 16S 정량)의 미생물의 수의 큰 변화없이 변경된 마이크로 바이 조성물의…

Materials

Rifampicin	Calbiochem	557303-1GM
Sodium Nitrate	Sigma Aldrich	S5506
Fluorescein-labeled 70 kDa anionic dextran	ThermoFisher Scientific	D1823
PBS tablets	Calbiochem	6500-OP	tablets dissolve in water to make phosphate-buffered saline