Типесуами Х. Санасидадапа

1 Училище за биологични науки, Университет в Рединг, Рединг, Великобритания,

Адел Костабиле

2 Отдел за хранителни микробни науки, Училище по хранителни и хранителни науки, Университет в Рединг, Рединг, Великобритания,

Глен Р. Гибсън

2 Отдел за хранителни микробни науки, Училище по хранителни и хранителни науки, Университет в Рединг, Рединг, Великобритания,

Саймън Р. Кларк

1 Училище за биологични науки, Университет в Рединг, Рединг, Великобритания,

Замислени и проектирани експерименти: THS AC GRG SRC. Извършва експериментите: THS. Анализира данните: THS AS GRG SRC. Реактиви/материали/инструменти за анализ, допринесени: THS AS GRG SRC. Написа хартията: THS AS GRG SRC.

Резюме

Анаеробен тристепенен модел на непрекъсната култура на човешкото дебело черво (модел на червата), който представлява различни анатомични области на дебелото черво, беше използван за изследване на ефекта на S. aureus инфекция на червата върху резидентната фекална микробиота. Бяха проведени проучвания за развитието на микробиотата в трите съда и идентифицирани бактерии чрез независима от културата флуоресценция in situ хибридизация (FISH). Освен това, късоверижните мастни киселини (SCFA), като основни крайни продукти на бактериалния метаболизъм в червата, бяха измерени заедно с количествена оценка на преобладаващата микробиота. По време на стационарни условия, броят на клетките на S. aureus се стабилизира, докато не се измие, но популациите от местни бактерии бяха временно променени; по този начин S. aureus успя да компрометира устойчивостта на колонизация от микробиотата на дебелото черво. Освен това, концентрацията на маслена киселина в съда, представляващ проксималното дебело черво, значително намалява при инфекция. По този начин инфекцията от S. aureus изглежда може да промени цялостната структура на човешката микробиота на дебелото черво и микробните метаболитни профили. Тази работа предоставя първоначален in vitro модел за анализ на взаимодействията с патогени.

Въведение

Клиничните последици от чревната колонизация от S. aureus все още са относително слабо дефинирани. Предполага се, че превозът създава риск от чревна инфекция. S. aureus може да индуцира псудомембранозен колит, който е хистологично различен от този, причинен от Clostridium difficile [9]. Няколко проучвания показват, че чревната колонизация се случва често при кърмачета, особено тези, които са били кърмени [10] и е положително корелирана с развитието на алергии и повишени нива на експресия на разтворимия имунен модулатор CD14 при такива деца [11] - [ 15]. Ролята на чревния транспорт в развитието на системна болест на S. aureus все още не е установена. Въпреки това при мишки колонизацията на чревния лумен може да доведе до преминаване на S. aureus през чревната епителна бариера и последващо разпространение в мезентериалните лимфни възли [16], [17].

Човешкото черво представлява сложна екосистема с много видове коменсална микрофлора, различни видове секреторни течности, ферментационни метаболити на усвоена храна и защитни молекули на гостоприемника [18]. Оцеляването и последващата успешна колонизация на патогенни бактерии в чревния тракт на човека изисква от тях да се противопоставят на вродените защитни сили в червата. Устойчивостта на колонизация от нормални коменсални бактерии, киселинно pH, ферментационни метаболити като късоверижни мастни киселини (SCFA), висока осмоларност, локален имунитет на лигавицата на червата от защитни молекули на гостоприемника и жлъчни киселини в червата представляват основни пречки за оцеляването и колонизирането на нахлуващи патогенни бактерии.

Към днешна дата не са използвани подходящи in vivo модели за изследване на пренасяне и оцеляване на S. aureus в червата на човека. Лабораторните миши модели на инфекция не възпроизвеждат сложната микробна екосистема или физикохимичната среда на човешките черва [19].

Тристепенна in vitro система за непрекъсната култура (модел на червата) е полезен инструмент за наблюдение на екологията и метаболитните дейности на микробиотата в проксималната, напречната и дисталната част на дебелото черво, по-специално във връзка с различни условия на околната среда, диетична намеса, както и като приложение на лекарства и антимикробни средства [20], [21]. В това проучване ние изследвахме въздействието на S. aureus върху нормалната чревна флора и оцеляването на патогена, използвайки тристепенна система за непрекъснат културен модел на човешкото дебело черво. Установихме, че инфекцията има значително влияние върху нормалната микрофлора на дебелото черво. Освен това бяха измерени и се установиха, че крайните продукти на чревния бактериален метаболизъм са генерирани свръх генетично заболяване (SCFA) и са установени значителни промени в присъствието на S. aureus. По този начин S. aureus може да повлияе на състава в човешките черва, както на микробиотата, така и на SCFA.

Резултати

Оцеляване на S. aureus в непрекъснат културен модел на човешкото черво

Използвана е in vitro система за тристепенно култивиране за моделиране на условията, открити в човешкото дебело черво (Фигура 1). Преживяемостта след инфекция на S. aureus в три независими in vitro модела на дебелото черво се определя количествено чрез жизнеспособни методи за преброяване на колонии, използвайки селективен BHI; всички колонии показват идентична морфология. Преди инокулирането на S. aureus във V1 на всеки модел на дебелото черво, броят на колонии при SS1 разкрива липса на откриваеми S. aurues в моделите на дебелото черво (Фигура 2А). След инокулиране на моделите на дебелото черво със S. aureus до концентрация c. 2 × 10 10 CFU/ml, като единична доза, популациите на S. aureus се стабилизират на 6 до 7 Log10 единици за период от 4 и 6 часа във всичките три съда на модели на дебелото черво (Фигура 2А). Подпопулации от 3 до 4 Log10 единици бяха открити за период от 24, 48 и 72 h във всичките три съда и по-малко от 2 до 3 Log10 единици бяха открити на 96 h след първоначалното инокулиране (Фигура 2А). В нито един от трите съда при SS2 не е открит S. aureus.

влиянието

Всеки кораб непрекъснато се разпилява с N2, свободен от O2. РН на всеки съд се поддържа индивидуално чрез автоматично добавяне на 1М HCI или 1М NaOH, както се изисква. Системата се поддържа при 37 ° С и се разбърква непрекъснато.