Summary

Intracrânienne subarachnoïdien voie d’Infection pour enquêter sur les rôles des Biofilms de Streptococcus suis en méningite dans un modèle d’Infection de souris

Published: July 01, 2018
doi:

Summary

Nous décrivons ici la voie intracrânienne subarachnoïdien d’infection chez les souris pour étudier les rôles des biofilms dans Streptococcus suis méningite. Ce modèle d’infection est également adapté pour l’étude de la pathogenèse de l’autre une méningite bactérienne et l’efficacité des nouveaux médicaments contre la méningite bactérienne.

Abstract

Streptococcus suis est non seulement un bactérie pathogène majeur de porcs dans le monde entier, mais aussi un agent zoonotique émergent. Chez les humains et les porcs, la méningite est une manifestation importante des infections à S. suis . Un modèle adapté de l’infection est un outil essentiel pour comprendre les mécanismes des maladies causées par des pathogènes. Plusieurs voies d’infection chez les souris ont été développés pour étudier la pathogenèse de l’infection à S. suis . Cependant, les voies intrapéritonéales, par voie nasale et par voie intraveineuse d’infection ne conviennent pas pour étudier les rôles des composantes de la surface S. suis méningite directement dans le cerveau, comme la matrice extracellulaire de biofilms. Bien que l’inoculation intracisternale a été utilisée pour infection à S. suis , le site d’injection précise n’a pas été décrit. Ici, la voie intracrânienne subarachnoïdien d’infection a été décrite dans un modèle murin d’enquêter sur le rôle des biofilms dans S. suis méningite. S. suis cellules planctoniques ou biofilm État cellules ont été injectées directement dans l’espace sous-arachnoïdien de souris par le biais du site d’injection situé rostrale de la bregma 3,5 mm. Analyse histopathologique et une expression de l’ARNm de TLR2 et cytokines des tissus cérébraux de souris injectées avec des cellules d’État biofilm a clairement indiquent que S. suis biofilm joue un rôle définitif dans S. suis méningite. Cette voie d’infection présente des avantages évidents sur les autres voies d’infection, ce qui permet l’étude de l’interaction hôte-bactérie. En outre, il permet l’effet des composantes bactériennes sur les réponses immunitaires hôte directement dans le cerveau pour être évalués et imite l’entrée bactérienne dans le système nerveux central. Cette voie d’infection peut être étendue pour étudier les mécanismes de la méningite causée par d’autres bactéries. En outre, il peut également être utilisé pour tester l’efficacité des médicaments contre la méningite bactérienne.

Introduction

Streptococcus suis (S. suis) est un bactérie pathogène majeur de porcs dans le monde, provoquant des maladies graves, y compris la méningite, pneumonie, septicémie, endocardite et arthrite1. C’est aussi un agent zoonotique émergent. Jusqu’ici, on a signalé que les neuf sérotypes peuvent provoquer une infection chez l’homme, y compris les sérotypes 2, 4, 5, 9, 14, 16, 21, 24 et 312,3,4. Chez les humains et les porcs, la méningite est l’un des principaux signes cliniques des infections à S. suis . Au Vietnam et en Thaïlande, S. suis est la principale cause de méningite chez les adultes,5. Biofilms microbiens sont des micro-organismes qui adhèrent les uns aux autres et sont concentrent à l’interface. ils sont essentiels pour la virulence bactérienne, la survie dans des environnements variés et5de la résistance aux antibiotiques. Biofilms sont généralement entourés d’une matrice extracellulaire qui généralement contient des polysaccharides, protéines et ADN6. Ce dernier est capable de susciter des réactions inflammatoires de l’hôte et cytokine production7. La formation de biofilm a signalé de participer à streptocoque méningite lors d’études antérieures. Biofilms contribuent à Streptococcus agalactiae méningite dans un modèle de poisson tilapia et la formation de biofilm a été révélée dans les tissus du cerveau et autour méningée surfaces in vivo par inoculation intra-abdominale8. Au cours de la méningite, Streptococcus pneumoniae est dans un état semblable au biofilm et de bactéries dans un tel état de biofilm ont été plus efficaces dans l’induction de méningite chez une souris infection modèle9. En outre, dans notre précédente étude, l’état de biofilm associé de S. suis dans le cerveau de souris contribue à la virulence bactérienne en analyse de survie10. Toutefois, une preuve directe pour implication de biofilm dans S. suis méningite exige davantage enquête.

Des modèles animaux de l’infection à S. suis ont été développés chez les souris en utilisant la voie intrapéritonéale11, par voie nasale (i.n.)12, par voie intraveineuse (i.v.)13et les routes intracisternale (i.c.) d’infection14, 15 , 16. Toutefois, les itinéraires i.p., i.n. et i.v. d’infection ne conviennent pas pour étudier les rôles des composantes de la surface S. suis méningite directement dans le cerveau. Il s’agit d’une matrice extracellulaire de biofilms. Bien que l’inoculation i.c. a été utilisée pour infection à S. suis , le site d’injection précise n’a pas été décrit dans ces documents. En revanche, les coordonnées stéréotaxiques du site d’injection pour l’inoculation intracrânienne subarachnoïdien a clairement été décrit dans une précédente étude17. Cela a permis de reconnaissance simple du point d’inoculation et plan expérimental plus simpliste. En outre, la voie intracrânienne subarachnoïdien d’infection imite entrée bactérienne dans le système nerveux central du sinus ou l’ oreille moyenne17et la relation entre l’oreille moyenne et la méningite causée par S. suis a été démontrée par Madsen et al.18. En outre, en appliquant la voie intracrânienne subarachnoïdien d’infection chez la souris, nous avons démontré que S. suis petit RNA rss04 contribue à la méningite dans notre précédente étude10.

Dans la présente étude, la voie intracrânienne subarachnoïdien d’infection a été utilisée chez les souris pour étudier les rôles des biofilms dans S. suis méningite. Souris ont été infectées avec des cellules planctoniques ou de biofilms de cellules état de S. suis par cette voie d’infection. Analyse histopathologique et expression de l’ARNm accrue de TLR2 et cytokines du tissu de cerveau de souris injectées avec des cellules d’État biofilm a clairement indiquent que S. suis biofilm contribue à la méningite.

Protocol

Les expériences d’infection de souris ont été approuvés par le laboratoire Animal surveillance Comité de Province de Jiangsu, Chine et effectuées dans le laboratoire Animal Center of Nanjing Agricultural University (numéro de permis : SYXK (Su) 2017-0007). 1. préparation de bactéries Remarque : S. suis souche virulente de sérotype 2 P1/7 a été isolée provenant d’un porc malade avec méningite19. Souche P1/7 a été c…

Representative Results

SEM analyse a été réalisée afin d’examiner la formation du biofilm dans les conditions expérimentales. Comme illustré à la Figure 1, il y a une différence significative dans la formation de biofilm entre cellules planctoniques (Figure 1A) et biofilm État (Figure 1B). SEM analyse a montré que les biofilms bactéries étaient en touffes et plusieurs couches…

Discussion

La voie intracrânienne subarachnoïdien d’infection décrite ici a des avantages évidents sur les autres voies d’infection. Il permet aux chercheurs d’étudier l’interaction hôte-bactérie et l’effet des composantes bactériennes sur les réponses immunitaires hôte directement dans le cerveau, qui miment l’entrée bactérienne dans le système nerveux central. Ainsi, cette voie d’infection peut être étendue pour étudier les mécanismes de la méningite causée par d’autres bactéries. En outre, il …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Ce travail a été soutenu par des subventions du National Key Research and Development Programme of China [2017YFD0500102] ; la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine [31572544] ; le laboratoire clé Etat des vétérinaire biologie étiologique [SKLVEB2016KFKT005] ; l’Agriculture de Shanghai Applied Technology Development Programme, Chine [G2016060201].

Materials

Todd Hewitt Broth(THB) Becton, Dickinson and Company DF0492078 Dissolve 30 g of the powder in 1 L of purified water. Autoclave at 121° for 15 min.
Agar DSBIO 16C0050 Dissolve 15 g of the powder in 1 L of THB. Autoclave at 121° for 15 min.
Milli-Q Reference Water Purification System Merck KGaA Z00QSVCUS Without Dnase/ Rnase
NaCl Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd 10019318 Dissolve 8 g NaCl, 0.2 g KCl, 1.42 g Na2HPO3 , 0.27 g KH2PO4 in 1 L of purified water. Autoclave at 121° for 15 min. Use KOH to adjust pH to 7.4.
Na2HPO3 Xilong Scientific Co., Ltd 9009012-01-09 Dissolve 8 g NaCl, 0.2 g KCl, 1.42 g Na2HPO3 , 0.27 g KH2PO4 in 1 L of purified water. Autoclave at 121° for 15 min. Use KOH to adjust pH to 7.4.
KCl Xilong Scientific Co., Ltd 9009017-01-09 Dissolve 8 g NaCl, 0.2 g KCl, 1.42 g Na2HPO3 , 0.27 g KH2PO4 in 1 L of purified water. Autoclave at 121° for 15 min. Use KOH to adjust pH to 7.4.
KH2PO4 Xilong Scientific Co., Ltd 9009019-01-09 Dissolve 8 g NaCl, 0.2 g KCl, 1.42 g Na2HPO3 , 0.27 g KH2PO4 in 1 L of purified water. Autoclave at 121° for 15 min. Use KOH to adjust pH to 7.4.
KOH Xilong Scientific Co., Ltd 9009014-01-09 Dissolve 8 g NaCl, 0.2 g KCl, 1.42 g Na2HPO3 , 0.27 g KH2PO4 in 1 L of purified water. Autoclave at 121° for 15 min. Use KOH to adjust pH to 7.4.
Glycerol Sionpharm Chemical Reagent Co., Ltd 10010618 Diluted with equal volumu of purified water, autoclave at 121° for 15 min
4% paraformaldehyde Sionpharm Chemical Reagent Co., Ltd 80096675
25% Glutaraldehyde Sionpharm Chemical Reagent Co., Ltd 30092436 10-fold diluted with purified water for fixation.
Ethanol Sionpharm Chemical Reagent Co., Ltd 10009218
Chloroform Sionpharm Chemical Reagent Co., Ltd 10006818
Spctrophotometre DeNovix Inc. DS-11+
Ultrasound cell crusher NingBo Scientz Biotechnology Co.,Ltd JY96-IIN
Centrifuge Hitachi Koki Co., Ltd CT15RE
Refrigerator Aucma Co., Ltd DW-86L500
Scanning electron microscope Zeiss EVO-LS10
FastRNA Pro Green Kit MP Biomedicals #6045-050
FastPrep-24 Instrument MP Biomedicals 116005500
Instrument for PCR SensoQuest GmbH 1124310110
QuantStudio 6 Flex Thermo Fisher Scientific 4485689
SYBR Premix Ex Taq II Takara Biomedical Technology (Beijing) Co., Ltd RR820A
PrimeScript RT reagent kit with gDNA Eraser Takara Biomedical Technology (Beijing) Co., Ltd RR047A
Fully Enclosed Tissue Processor Leica Biosystems Nussloch GmbH ASP200S
Heated Paraffin Embedding Module Leica Biosystems Nussloch GmbH EG1150H
Semi-Automated Rotary Microtome Leica Biosystems Nussloch GmbH RM2245
Water bath for paraffin sections Leica Biosystems Nussloch GmbH HI1210
Autostainer XL Leica Biosystems Nussloch GmbH ST5010
Agilent 2100 Agilent Technologies G2939A
Optical microscope Olympus BX51

References

  1. Gottschalk, M., Xu, J., Calzas, C., Segura, M. Streptococcus suis: a new emerging or an old neglected zoonotic pathogen?. Future Microbiology. 5, 371-391 (2010).
  2. Goyette-Desjardins, G., Auger, J. P., Xu, J., Segura, M., Gottschalk, M. Streptococcus suis, an important pig pathogen and emerging zoonotic agent-an update on the worldwide distribution based on serotyping and sequence typing. Emerging Microbes & Infections. 3 (6), e45 (2014).
  3. Kerdsin, A., et al. Emergence of Streptococcus suis serotype 9 infection in humans. Journal of Microbiology, Immunology and Infection. 50 (4), 545-546 (2017).
  4. Hatrongjit, R., et al. First human case report of sepsis due to infection with Streptococcus suis serotype 31 in Thailand. BMC Infect Diseases. 15, 392 (2015).
  5. Fittipaldi, N., Segura, M., Grenier, D., Gottschalk, M. Virulence factors involved in the pathogenesis of the infection caused by the swine pathogen and zoonotic agent Streptococcus suis. Future Microbiology. 7 (2), 259-279 (2012).
  6. Hall-Stoodley, L., Costerton, J. W., Stoodley, P. Bacterial biofilms: from the natural environment to infectious diseases. Nature Reviews Microbiology. 2 (2), 95-108 (2004).
  7. Fuxman Bass, J. I., et al. Extracellular DNA: a major proinflammatory component of Pseudomonas aeruginosa biofilms. Journal of Immunology. 184 (11), 6386-6395 (2010).
  8. Isiaku, A. I., et al. Biofilm is associated with chronic streptococcal meningoencephalitis in fish. Microbial Pathogenesis. 102, 59-68 (2017).
  9. Oggioni, M. R., et al. Switch from planktonic to sessile life: a major event in pneumococcal pathogenesis. Molecular Microbiology. 61 (5), 1196-1210 (2006).
  10. Xiao, G., et al. Streptococcus suis small RNA rss04 contributes to the induction of meningitis by regulating capsule synthesis and by inducing biofilm formation in a mouse infection model. Veterinary Microbiology. 199, 111-119 (2017).
  11. Dominguez-Punaro, M. C., et al. Streptococcus suis serotype 2, an important swine and human pathogen, induces strong systemic and cerebral inflammatory responses in a mouse model of infection. Journal of Immunology. 179 (3), 1842-1854 (2007).
  12. Seitz, M., et al. A novel intranasal mouse model for mucosal colonization by Streptococcus suis serotype 2. Journal of Medical Microbiology. 61 (Pt 9), 1311-1318 (2012).
  13. Busque, P., Higgins, R., Caya, F., Quessy, S. Immunization of pigs against Streptococcus suis serotype 2 infection using a live avirulent strain. Canadian Journal of Veterinary Research. 61 (4), 275-279 (1997).
  14. Williams, A. E., Blakemore, W. F. Pathology of Streptococcal meningitis following intravenous intracisternal and natural routes of infection. Neuropathology and Applied Neurobiology. 4 (4), 345-356 (1990).
  15. Dominguez-Punaro, M. C., et al. Severe cochlear inflammation and vestibular syndrome in an experimental model of Streptococcus suis infection in mice. European Journal of Clinical Microbiology & Infectious Diseases. 31 (9), 2391-2400 (2012).
  16. Auger, J. P., Fittipaldi, N., Benoit-Biancamano, M. O., Segura, M., Gottschalk, M. Virulence Studies of Different Sequence Types and Geographical Origins of Streptococcus suis Serotype 2 in a Mouse Model of Infection. Pathogens. 5 (3), (2016).
  17. Chiavolini, D., et al. Method for inducing experimental pneumococcal meningitis in outbred mice. BMC Microbiology. 4, 36 (2004).
  18. Madsen, L. W., Svensmark, B., Elvestad, K., Jensen, H. E. Otitis interna is a frequent sequela to Streptococcus suis meningitis in pigs. Veterinary Pathology. 38 (2), 190-195 (2001).
  19. Holden, M. T., et al. Rapid evolution of virulence and drug resistance in the emerging zoonotic pathogen Streptococcus suis. PLoS One. 4 (7), e6072 (2009).
  20. Dominguez-Punaro Mde, L., et al. In vitro characterization of the microglial inflammatory response to Streptococcus suis, an important emerging zoonotic agent of meningitis. Infection and Immunity. 78 (12), 5074-5085 (2010).
  21. Hassan, A., et al. Evaluation of different detection methods of biofilm formation in the clinical isolates. Brazilian Journal of Infectious Diseases. 15 (4), 305-311 (2011).
  22. Vanier, G., et al. New putative virulence factors of Streptococcus suis involved in invasion of porcine brain microvascular endothelial cells. Microbial Pathogenesis. 46 (1), 13-20 (2009).
  23. Takeuchi, D., et al. The contribution of suilysin to the pathogenesis of Streptococcus suis meningitis. Journal of Infectious Diseases. 209 (10), 1509-1519 (2014).
  24. Tenenbaum, T., et al. Polar bacterial invasion and translocation of Streptococcus suis across the blood-cerebrospinal fluid barrier in vitro. Cellular Microbiology. 11 (2), 323-336 (2009).

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Cite This Article
Zhang, S., Gao, X., Xiao, G., Lu, C., Yao, H., Fan, H., Wu, Z. Intracranial Subarachnoidal Route of Infection for Investigating Roles of Streptococcus suis Biofilms in Meningitis in a Mouse Infection Model. J. Vis. Exp. (137), e57658, doi:10.3791/57658 (2018).

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