Culture de la petite colonie Variante de Pseudomonas aeruginosa et Quantitation de son Alginate
Summary
Ici, nous décrivons une condition de croissance à la culture de la variante petite colonie de Pseudomonas aeruginosa. Nous décrivons également deux méthodes séparées pour la détection et la quantitation de l’alginate d’exopolysaccharide produit par P. aeruginosa utilisant un test traditionnel de carbazole d’acide uronique et un anticorps monoclonal alginate-spécifique (mAb) basé ELISA.
Abstract
Pseudomonas aeruginosa, un agent pathogène bactérien gram-négatif opportuniste, peut surproduire un alginate exopolysaccharide résultant en un phénotype unique appelé mucoidy. L’alginate est lié aux infections pulmonaires chroniques ayant pour résultat le pronostic pauvre dans les patients présentant la mucoviscidose (CF). Comprendre les voies qui régulent la production d’alginate peut aider à l’élaboration de nouvelles stratégies thérapeutiques ciblant la formation d’alginate. Un autre phénotype lié à la maladie est la variante de la petite colonie (CVC). Le VCS est dû à la croissance lente des bactéries et souvent associé à une résistance accrue aux antimicrobiens. Dans cet article, nous montrons d’abord une méthode de culture d’une forme génétiquement définie de P. aeruginosa SCV due aux mutations de biosynthèse de pyrimidine. La supplémentation des bases azotales, uracil ou cytosine, retourne la croissance normale à ces mutants, démontrant la présence d’une voie de récupération qui récupère les bases libres de l’environnement. Ensuite, nous discutons deux méthodes pour la mesure de l’alginate bactérien. La première méthode repose sur l’hydrolyse du polysaccharide à son monomère d’acide uronique suivie d’une dérivation avec un réactif chromogénique, le carbazole, tandis que la seconde méthode utilise un ELISA basé sur un mAb disponible dans le commerce, spécifique à l’alginate. Les deux méthodes nécessitent une courbe standard pour la quantitation. Nous montrons également que la méthode immunologique est spécifique pour la quantification d’alginate et peut être employée pour la mesure de l’alginate dans les spécimens cliniques.
Introduction
Les infections pulmonaires chroniques avec Pseudomonas aeruginosa sont une cause majeure de morbidité et de mortalité chez les patients atteints de fibrose kystique (FK). Pendant la petite enfance, les patients sont colonisés par de multiples agents pathogènes bactériens, y compris des isolats nonmucoïdes de P. aeruginosa1,2. L’émergence des isolats de la petite colonie (SCV) ainsi que des isolats mucoïdes est un marqueur pour l’apparition d’infections chroniques. Les isolats SCV sont très résistants aux médicaments3 en raison de leur faible taux de croissance4, ce qui les rend un moyen de dissuasion sévère dans les régiments de traitement et d’autres infections chroniques5 par P. aeruginosa. Les travaux d’Al Ahmar et coll.6 ont montré un lien entre le VHC et la mucoidy lié par la biosynthèse de novo pyrimidine. La famine de pyrimidine, due aux mutations dans les gènes impliqués dans la production de pyrimidine, a eu comme conséquence le phénotype de SCV dans la souche de référence nonmucoid PAO1 et le dérivé mucoid, PAO581 (PAO1mucA25).
Même si la surproduction d’alginate est un marqueur important de la maladie pour les infections pulmonaires chroniques dans les fc, il n’est pas clair s’il existe une corrélation directe entre la quantité d’alginate et la pathologie pulmonaire, et il n’est pas clair si l’alginate peut être utilisé comme marqueur de pronostic pour le traitement7. La production d’alginate est principalement réglementée par deux opopons, un opperon réglementaire (algUmucABCD)8,9 et l’opéron biosynthétique(algd opéron)10,11. La production d’alginate est étroitement réglementée par le facteur sigma AlgU9,12 (également connu sous le nom AlgT) et la dégradation du facteur anti-sigma MucA13. La capacité de surveiller la production d’alginate in situ à partir des échantillons d’écrachats des patients peut aider au développement de nouvelles options thérapeutiques.
Ici, nous décrivons une condition de croissance qui détecte la présence de VCS causée par des mutants qui ne peuvent pas synthétiser la pyrimidine de novo. La supplémentation de l’uracil et/ou de la cytosine, la base azotée du nucléotide de pyrimidine, au milieu active la voie de récupération, rétablissant ainsi la croissance normale chez les mutants. Cette méthode de croissance pour ces mutants spécifiques de SCV peut être employée comme méthode de criblage pour identifier des mutations de pyrimidine dans des échantillons patients. En outre, nous discutons deux méthodes pour la détection et la mesure de l’alginate produit et sécrété par P. aeruginosa. La première est la méthode traditionnelle14,15,16 de dégrader le polysaccharide en utilisant une forte concentration d’acide, puis en ajoutant un indicateur colorimétrique pour quantifier la concentration dans l’échantillon. La deuxième méthode, développée en laboratoire, utilise l’Analyse immunosorbent enzymatique (ELISA) à l’aide d’un anticorps monoclonal anti-alginate (mAb) développé par QED Biosciences. La méthode ELISA s’avère plus spécifique et plus sensible que l’indice d’acide uronique et permet une utilisation plus sûre en raison de l’évitement de l’acide sulfurique très concentré. Avec la capacité de l’ELISA d’être utilisé directement sur les échantillons d’émoi du patient pour mesurer l’alginate, il peut être développé comme un outil de diagnostic de surveillance pour suivre la quantité d’alginate présente dans les poumons à différentes périodes de l’infection.
Protocol
Representative Results
Discussion
Le VCS et l’alginate sont des marqueurs de maladie importants impliqués dans plusieurs infections chroniques. Par conséquent, la capacité de cultiver le VHC ainsi que d’étudier la régulation et la production d’alginate par P. aeruginosa fait partie intégrante de la découverte de nouveaux traitements pour ces maladies chroniques.
Les souches de VCS sont notoirement difficiles à cultiver en raison de leur taux de croissance lent4 par rapport à d’…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par les subventions R44GM113545 et P20GM103434 des National Institutes of Health (NIH).
Materials
| 1-Step Ultra TMB-ELISA | Thermo Scientific | 34028 | via Fisher Scientific |
| Absolute Ethanol (200 Proof) | Fisher Scientific | BP2818-4 | Molecular Bio-grade |
| Accu Block Digital Dry Bath | Labnet | NC0205808 | via Fisher Scientific |
| Assay Plates 96-well | CoStar | 2021-12-20 | |
| Bench Top Vortex-Genie 2 | Scientific Industries | G560 | |
| Boric Acid | Research Products International Corp. | 10043-35-3 | |
| Cabinet Incubator | VWR | 1540 | |
| Carbazole | Sigma | C-5132 | |
| Carbonate-Bicarbonate Buffer | Sigma | C3041 | |
| Centrifuge Tubes (50 ml) | Fisher Scientific | 05-539-13 | via Fisher Scientific |
| Culture Test Tubes | Fisher Scientific | 14-956-6D | via Fisher Scientific |
| Cuvette Polystyrene (1.5 ml) | Fisher Scientific | 14955127 | via Fisher Scientific |
| Cytosine | Acros Organics | 71-30-7 | |
| Diposable Inoculation Loops | Fisher Scientific | 22-363-597 | |
| D-Mannuronic Acid Sodium | Sigma Aldrich | SMB00280 | |
| FMC Alginate | FMC | 2133 | |
| Glycerol | Fisher Scientific | BP906-5 | For Molecular Biology |
| Mouse Anti-Alginate Monoclonal Antibody | QED Biosciences | N/A | Lot # :15725/15726 |
| Phosphate Buffered Saline Powder (PBS) | Sigma | P3813 | |
| Pierce Goat Anti-Mouse Poly-HRP Antibody | Thermo Scientific | 32230 | via Fisher Scientific |
| Potassium Hydroxide | Fisher Scientific | 1310-58-3 | via Fisher Scientific |
| Prism 7 | GraphPad | ||
| Pseudomonas Isolation Agar (PIA) | Difco | 292710 | via Fisher Scientific |
| Pseudomonas Isolation Broth (PIB) | Alpha Biosciences | P16-115 | via Fisher Scientific |
| Round Toothpicks | Diamond | Any brand | |
| Seaweed alginate (Protanal CR 8133) | FMC Corporation | ||
| Skim Milk | Difco | 232100 | via Fisher Scientific |
| SmartSpec Plus Spectrophotometer | BioRad | 170-2525 | or preferred vendor |
| Sodium Chloride (NaCl) | Sigma | S-5886 | |
| SpectraMax i3x Multi-mode MicroPlate Reader | Molecular Devices | i3x | or preferred vendor |
| Sterile Petri Dish 100mm x 15mm | Fisher Scientific | FB0875713 | via Fisher Scientific |
| Sulfuric Acid | Fisher Scientific | A298-212 | Technical Grade |
| Sulfuric Acid (2 Normal -Stop Solution) | R&D Systems | DY994 | |
| Tween 20 | Sigma | P2287 | |
| Uracil | Acros Organics | 66-22-8 |
References
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