Změněná Schaedlerova flóra - Altered Schaedler flora

The pozměněná Schaedlerova flóra (ASF) je a společenství z osmi bakteriální druh: dva Laktobacily, jeden Bacteroides, jeden spirální bakterie Flexistipes rod a čtyři extrémně citlivé na kyslík (EOS) Fusobacterium druh.[1][2][3] Bakterie jsou vybrány pro svou dominanci a perzistenci v normálu mikroflóra z myši a za jejich schopnost izolovat a pěstovat v laboratorních podmínkách. Zvířata bez choroboplodných zárodků, hlavně myši, jsou infikovány ASF za účelem studia gastrointestinální (GI) trakt. Při ovlivňování hrají důležitou roli střevní komenzální bakterie genová exprese gastrointestinálního traktu, imunitní odpovědi, živina absorpce a rezistence vůči patogenům.[4] Standardizovaný mikrobiální koktejl umožnil kontrolované studium interakcí mikrobů a hostitelů, role mikrobů, účinků patogenů a intestinální imunity a asociace chorob, jako je rakovina, zánětlivé onemocnění střev, cukrovka, a další zánětlivé nebo autoimunitní onemocnění. Rovněž ve srovnání se zvířaty bez zárodků si myši ASF plně vytvořily imunitní systém, odolnost vůči oportunní patogeny a normální funkce a zdraví GI a jsou skvělým zastoupením normálních myší.[2][3][5]

Dějiny

GI trakt je obzvláště obtížné studovat kvůli jeho komplexní interakci hostitel-patogen. S 107-1012 bakterie, více než 400 druhů a rozdíly mezi jednotlivci, existuje mnoho komplikací při studiu normálního gastrointestinálního systému.[3][4] Například je problematické přiřadit biologickou funkci konkrétním mikrobům a struktuře komunity a vyšetřit příslušné imunitní odpovědi. Kromě toho musí být mikrobiom proměnlivých myší pod kontrolované podmínky pro opakování experimentů. Myši bez zárodků a myši bez specifických patogenů (SPF) jsou užitečné při řešení některých problémů, ale v mnoha oblastech nedostatečné. Germfree myši nejsou dobrým zastoupením normálních myší s problémy se zvětšením slepé střevo, nízké reprodukční rychlosti, špatně vyvinutý imunitní systém a snížené zdraví. SPF myši stále obsahují různou mikroflóru, jen bez určitých známých druhů patogenů.[2][3][5] Ve vědecké oblasti existuje potřeba známé bakteriální směsi, která je nezbytná a dostatečná pro zdravé myši.

V polovině 60. let Russell W. Schaedler izoloval a pěstoval bakterie z normálních a SPF myší.[3] Aerobní a méně citlivý na kyslík anaerobní bakterie jsou snadné kultura. Fusiformní a EOS bakterie se obtížně kultivují, i když představují většinu normální mikrobioty hlodavců. Vybral bakterie, které dominovaly a které lze izolovat v kultuře, a poté kolonizoval bezbariérové ​​myši různými kombinacemi bakterií. Jedna kombinace může například zahrnovat Escherichia coli, Streptococcus fecalis, Lactobacillus acidophilus, L. salivarius, Bacteroides distasonis, Clostridium spp.a některé anaerobní fusiformní bakterie.[3] Určité definované mikroflóry jsou schopny obnovit bezmikrobní myši, aby se podobaly normálním myším se sníženým objemem céku, obnovenou reprodukční schopností, kolonizační odolností a dobře vyvinutým imunitním systémem. Tak pojmenovaná Schaedlerova flóra, definované kombinace mikroflóry byly široce používány v gnotobiotikum studie.[2][5]

V roce 1978 Národní onkologický institut revidoval a standardizoval Schaedlerovu flóru s pomocí Rogera Orcutta.[3] V tzv. Pozměněné Schaedlerově flóře byly uchovávány čtyři bakterie původní směsi: dva Lactobacilli, Bacteroides a fusiformní bakterie EOS. Byly přidány další čtyři bakterie z izolátů mikrobiomu: a spirochete bakterie a tři nové fusiformní bakterie EOS.[2][3][5] Kvůli omezené technologii té doby nebylo známo mnoho o konkrétním bakteriálním rodu a druhu. Tyto bakterie jsou trvalé a dominantní v normálním a SPF myším GI traktu. Potvrzení správné přítomnosti mikrobioty bylo omezeno na pohled do buňky Morfologie (biologie), biochemické rysy a růst charakteristiky [3]

Bakterie

S nedávným pokrokem v biotechnologie, vědci byli schopni určit přesný rod a druh bakterií ASF pomocí sekvenční analýza 16S rRNA. Identifikované kmeny se liší od předpokládané identity.[3] Distribuce druhů bakterií ve střevě závisí na jejich potřebě a averzi ke kyslíku, rychlosti toku a nadbytku substrátu, přičemž variabilita závisí na věku, pohlaví a dalších patogenech přítomných u myší.[6]ASF 360 a ASF 361 jsou laktobacily. Laktobacily jsou vláknité, Grampozitivní, aerotolerant bakterie a běžní kolonizátoři GI sliznice a dlaždicový epitel myší.[3] ASF 360 byl považován za L. acidophilus. Výsledky 16SrRNA však ukázaly, že úzce souvisí, ale liší se od L. acidophilus. ASF 360 je nový druh lactobacillus; seskupený s L. acidophilus a L. lactis. ASF 361 má téměř identické 16S rRNA sekvence jako L. murinus a L. animalis. Oba druhy se běžně vyskytují v GI traktu myší a potkanů. K určení identity ASF 361 s větší jistotou je nutné důkladné vyšetření těchto dvou druhů a kmenů. ASF 361 je zcela odlišný od L. salivarius že se věřilo, že je. ASF 360 a ASF 361 díky své aerotoleranci kolonizují ve velkém počtu v jícnu, žaludku, tenkém střevě a slepém střevě.[2][3][6]

ASF 519 souvisí s B. distasonisdruh, o kterém se mylně domníval. Stejně jako předchozí bakterie je to však podle druhu 16S rRNA odlišný druh. Druhy Bacteroides se často nacházejí v GI traktu savci, a zahrnovalpohyblivý, Gramnegativní, anaerobní, tyčinkovité bakterie. V poslední době je mnoho druhů Bacteroides uznáváno jako skutečně patřící k jiným rodům, jako jsou Porphyromonas a Prevotella. V případě ASF 519 patří do nově pojmenovaného rodu Parabacteroides spolu s bakteriemi dříve známými jako [B.] distasonis, [B.] merdae, Skupina CDC DF-3 a [B.] forsythus.[3]

Spirálovitý obligátní anaerobní ASF 457 lze nalézt v malém množství v tenkém střevě a ve vysoké koncentraci v tlustém střevě. Tato bakterie souvisí s G. ferrireducens, Deferribacter thermophilus, a Flexistipes sinusarabici. ASF 457 je později pojmenován Mucispirillum schaedleri. Tento druh je příbuzný kmenu Flexistipes s izoláty prostředí omezujícími železo.[3]

Fusiformní bakterie EOS tvoří většinu střevní mikrobioty a nacházejí se hlavně v tlustém střevě. Obrovsky převyšují fakultativní anaerobní a aerobní bakterie.[6] Všechny čtyři fusiformní patří do skupiny grampozitivních bakterií s nízkým obsahem G + C. ASF 356 je z druhu Clostridium, úzce souvisí s Clostridium propionicum. ASF 502 se nejvíce týká Ruminococcus gnavus. ASF 492 je potvrzen 16S rRNA sekvencemi jako Eubacterium pexicaudatum, a úzce souvisí s Roseburia ceciola. ASF 356, ASF 492 a ASF 502 jsou všechny součástí nízko G + C, grampozitivních bakterií klastru Clostridium XIV. ASF 500 je hlubší větev do nízko G + C, grampozitivních bakterií Firmicutes, skupiny Bacillus-Clostridium, ale v GenBank databáze v této větvi klastru Clostridium [2][3]

Myší modely

Pouze myši byly v experimentech kolonizovány ASF, protože bakterie ASF pocházejí z intestinálního mikrobiomu myší. Bezmikrobní myši jsou kolonizovány ASF pomocí jedné ze dvou metod. Čistá kultura každé živé bakterie ASF může být pěstována v anaerobních podmínkách v laboratorním prostředí. Lactobacilli a Bacteroides se dávají žaludeční sondou myším bez zárodků, aby se nejprve vytvořilo mikrobiální prostředí v GI traktu, které pak podporuje kolonizaci spirochet a fusiformních bakterií, které jsou uvedeny později. Alternativním způsobem je naočkování pitné vody bezmikrobních myší čerstvými výkaly z slepého střeva a tlustého střeva gnotobiotických myší (myši ASF) po dobu čtyř dnů.[2][5][7] Usazení a koncentrace každého bakteriálního druhu se mírně liší v závislosti na věku, pohlaví a podmínkách prostředí myší.[8]

Experimentální výsledky potvrzují dominanci a perzistenci ASF u kolonizovaných myší i po čtyřech generacích.[7] Myši lze ošetřovat podle stejných standardů jako myši bez bakterií, jako je sterilizovaná voda, prostředí bez bakterií a opatrné zacházení. I když to zajišťuje definitivní šíření ASF ve střevě myší, je to pracné a není to dobré znázornění fyziologických podmínek. Myši ASF lze také chovat za stejných podmínek jako normální myši, protože řešily imunologické, patologické a fyziologické slabosti myších bez zárodků.[2][5] Myši ASF mohou udržovat osm druhů bakterií za normálních podmínek. Mohly by však v průběhu času dojít ke změnám v kmenech bakterií a zavedení menšího množství jiného komenzálu nebo patogenu.[7][8][9] Isogenní myši, které spolubyly, vykazovaly malé odchylky v profilu ASF, zatímco štěpení vrhu mezi různými klecemi vykazovalo divergenci v kmenech bakterií. Jakmile je však komunita ASF založena, je v průběhu času vysoce stabilní bez narušení životního prostředí nebo bydlení[8][9]

Využití ve výzkumu

ASF lze použít ke studiu různých činností zahrnujících střevní trakt. To zahrnuje studium komunity střevních mikrobiomů, metabolismus, imunita, homeostáza, patogeneze, záněty a nemoci. Experimenty srovnávající germfree, ASF a myši infikované patogeny mohou demonstrovat roli komenzálů při udržování zdraví hostitele.

Homeostáza střeva je udržována interakcemi hostitel-mikrob a imunitou hostitele. To je rozhodující pro trávení potravy a ochranu před patogeny. Bouskra, et al. studoval regulaci střevní flóry a imunitního systému. Našli B buňky produkující IgA v Peyerových náplastích, intestinálních lymfoidních tkáních a folikulích a mezenterických lymfatických uzlinách. Použili ASF k otestování zrání lymfoidní folikuly do velkého B buňka klastry signalizací receptoru podobného mýtnému.[10] V jiné studii vrozený detekční systém generuje adaptivní imunitní systém k udržení střevní homeostázy. Geuking, et al. zkoumal roli regulačních orgánů T buňky při omezování střevního zánětu vyvolaného mikroby a kompartmentu T buněk. Pomocí ASF zjistili, že střevní kolonizace vedla k aktivaci a generaci buněk Treg tlustého střeva. U myší bez zárodků dominují reakce Th17 a Th1.[11]

Bakterie mikroprostředí je velmi důležitý v patogenezi klinického a experimentálního chronického střevního zánětu. Whary, et al. zkoumali infekci Helicobacter rodentium a výslednou ulcerózní typhlocolitis, sepse, a nemocnost. Použitím myší ASF vykázali pokles progrese onemocnění v důsledku kolonizační rezistence v dolním střevě z dopadů normální anaerobní flóry.[12] V dalším shrnutí Fox zkoumal vztah mezi mikrobiomem střeva a nástupem zánětlivého onemocnění střev (IBD) s infekcí H. bilis. H. bilis je uvedeno, že vyvolává heterologní imunitní odpověď na nižší střevní flóru, a to jak v aktivaci prozánětlivých cytokinů, tak v aktivitě dendritických buněk a v probiotické protizánětlivé aktivitě v důsledku prezentace komenzálních antigenů. ASF Lactobacilli a Bacteroides pomáhají vyrovnat zánět střev vyváženým způsobem ve studiích infekce patogenem.[13]Kromě studia bakteriálního patogenu, komunity mikroflóry, interakcí a nemocí střevního imunitního systému byla ASF použita v experimentech zkoumajících přenos retroviru. V článku od Kanea et al., zjistili, že virus myšího prsního nádoru se nejúčinněji přenáší bakteriemi kolonizovanými povrchy sliznice. Retrovirus se vyvinul tak, že se spoléhal na interakci s mikroflórou a mýtným receptorem, aby se vyhnuli imunitním cestám.[14]

Problémy

ASF není komplexním zastoupením více než 400 různých druhů bakterií, které normálně zabírají GI trakt myší. Dokonce i u myší SPF existuje mnoho druhů Helicobacter a Filamentous, které nejsou zahrnuty v ASF1. Nemluvě o mnoha bakteriích, které nemohly být pěstovány v laboratorních podmínkách kvůli nedostatečnému prostředí a potřebám symbiózy. Střevní bakterie tvoří složitou mikrobiální komunitu, která se navzájem podporuje, a rozvoj hostitelského GI traktu a imunitního systému.

Mnoho bakterií je spojeno speciálně pro produkci určitých metabolity nebo signální dráha, která udržuje přežití mikroflóry. Například, hippurate a kyselina chlorogenová hladina metabolitů u myší se mění v důsledku mikroflóry. Cesta syntézy závisí na více bakteriálních druzích, které nejsou všechny přítomny v ASF.[15] To omezuje biologickou dostupnost živin jak pro hostitele, tak pro mikroby.

Pro některé studie metabolismu, patogeneze nebo interakcí mikrobů bude možná nutné přidat další kmeny bakterií. Je nemožné studovat úplnou organizaci střevního mikrobiomu a všechny jeho příspěvky k hostitelskému systému, zejména ve vztahu k vývoji onemocnění a výživě, pouze s osmi mikroby. Kromě toho existují rozdíly mezi myší a lidskou mikroflórou. Existují tedy omezení studií používajících myši ASF k zobrazení zánětlivých onemocnění člověka, jako je IBD, artritida a rakovina. ASF je pouze základem pro vývoj hypotéz u myší se složitou mikroflórou.

Viz také

Reference

  1. ^ [Fox, J., Anderson, L., Loew, F. a Quimby F. Laboratorní zvířecí medicína. 2. vyd. 2002. Academic Press. 46-47.]
  2. ^ A b C d E F G h i [Fox, J., Barthold, S., Davisson, M., Newcomer, C., Quimby F. a Smith, A. Myš v biomedicínském výzkumu. 2. vyd. 2007. Elsevier, Inc. 227-229.]
  3. ^ A b C d E F G h i j k l m n Ó [Dewhirst, F., Chien, C.-C., Paster, B., Ericson, R., Orcutt, R., Schauer, D. a Fox, J. Fylogeneze definované myší mikrobioty: změněná Schaedlerova flóra. 1999. Appl. Environ, Microbiol. 65(8):3287.]
  4. ^ A b [Guarner, F., Malagelada, J. R. Recenze: střevní flóra ve zdraví a nemoci. 2003. Lancet. 361(9356):512-219.]
  5. ^ A b C d E F [Fox, J., Anderson, L., Loew, F. a Quimby F. Laboratorní zvířecí medicína. 2. vyd. 2002. Akademický tisk. 46-47.]
  6. ^ A b C [Sarma-Rupavtarm, R., Ge, Z., Schauer, D., Fox, J. a Polz, M. Prostorová distribuce a stabilita osmi mikrobiálních druhů změněné Schaedlerovy flóry v gastrointestinálním traktu myší. 2004. Appl. Environ. Microbiol. 70(5):2791.]
  7. ^ A b C [Stehr, M., Greweling, M., Tischer, S., Singh, M., Blöcker, H., Monner, D. a Müller, W. Charles River pozměnili Schaedlerovu flóru (CRASF ®) po čtyři roky stabilní v myší kolonii umístěné v individuálně větraných klecích. 2009. Lab Anim. 43:362.]
  8. ^ A b C [Ge, Z., Feng, Y., Taylor, N., Ohtani, M., Polz, M., Schauer, D. a Fox, J. Dynamika kolonizace pozměněné Schaedlerovy flóry je ovlivněna pohlavím, stárnutím a Infekce Helicobacter hepaticus ve střevech myší Swiss Webster. 2006. Appl. Environ, Microbiol. 72(7):5100.]
  9. ^ A b [Alexander, A., Orcutt, R., Henry, J., Baker, J., Bissahoyo, A. a Threadgill, D. Kvantitativní PCR testy pro myší enterickou flóru odhalují rozdíly ve složení závislé na kmeni, které jsou ovlivněny mikroprostředí. 2006. Savčí genom. 17(11):1093-1104. ]
  10. ^ [Bouskra, D., Brézillon, C., Bérard, M., Werts, C., Varona, R., Boneca, IG. A Eberl, geneza lymfoidní tkáně indukovaná komenzály prostřednictvím NOD1 reguluje střevní homeostázu. 2008. Příroda. 456(7221):507-510.]
  11. ^ [Geuking, M., Cahenzli, J., Lawson, M., Ng, D., Slack, E., Hapfelmeier, S., McCoy, K. a Macpherson, A. Intestinální bakteriální kolonizace indukuje vzájemnou regulační odpověď T buněk . 2011. Imunita. 34:794-806.]
  12. ^ [M. T. Whary, S. J. Danon, Y. Feng, Z. Ge, N. Sundina, V. Ng, N. S. Taylor, A. B. Rogers a J. G. Fox. Rychlý nástup ulcerózní typhlokolitidy u myší B6.129P2-IL10tm1Cgn (IL-10 - / -) infikovaných Helicobacter trogontum je spojen se sníženou kolonizací změnou Schaedlerovy flóry. 2006. Infikovat. Immun. 74(12):6615.]
  13. ^ [Fox, J. G. Helicobacter bilis: bakteriální provokatér organizuje imunitní odpovědi hostitele na komenzální flóru v modelu zánětlivého onemocnění střev. 2007. Střevo. 56:898-900.]
  14. ^ [Kane, M., Case, L., Kopaskie, K., Kozlova, A., MacDearmid, C., Chervonsky, A. a Golovkina, T. Úspěšný přenos retroviru závisí na komenzální mikrobiotě. 2011. Věda. 334(6053):245-249.]
  15. ^ [Rohde, C., Wells, D., Robosky, L, Manning, M., Clifford, C., Reily, M. a Robertson, D. Metabonomické hodnocení Schaedler pozměněných potkanů ​​mikroflóry. 2007. Chem. Res. Toxicol. 20:1388-1392]