MiPACTが感染症を明らかにしている

つつが虫病(短縮版)リケッチア増殖の衝撃映像。企画:日本感染症学会 (七月 2019).

Anonim

嚢胞性線維症(CF)は、喀痰と呼ばれる粘液の慢性蓄積が肺の細菌を捕捉し、頻繁で重篤な肺感染を引き起こす遺伝的障害である。 嚢胞性線維症の治癒はありませんが、感染症は抗生物質で治療することができます。 今、Caltechの研究者は、細菌感染を実際に視覚化するために痰を透明にする技術を開発しました。 この技術はMiPACTと呼ばれ、研究者はバクテリアや他の細胞にさまざまな色を付けることができ、CF患者の痰試料の感染の三次元「生物地理的地図」を作成します。 この地図では、細菌病原体の大部分が成長が遅いため、急速に増殖する細菌を治療するために開発されたほとんどの抗生物質に生理学的に耐性があることが発見されました。

Dianne Newman、Gordon M. Binder / Amgen生物学・地球生物学教授、HHMI Investigator教授、およびViviana Gradinaru(BS '05)生物・生物工学助教授の研究室では、受動的なCLARITY技術によるMiPACTまたは微生物同定が開発されましたおよび遺産主任研究員。

技術と結果を記述した論文は、雑誌 mBioの 9月27日号に掲載されてい ます 。

「喀痰中の病原体を見る能力は、真の病気の環境を観察することを可能にします。白血球を取り込む細菌や細菌がバイオフィルムと呼ばれる凝集体を見ることができます」と、論文の著者であるWill DePas氏、ニューマン研究所の学者。 例えば、MiPACTでは、嚢胞性線維症の肺感染によく見られる細菌であるストレプトコッカスを見ることができます。ストレプトコッカスの凝集体は、以前は知られていない宿主 - 細菌相互作用の特定のタイプの宿主細胞の周囲に形成される傾向があります。相互作用は感染の進行とクリアランスに大きく影響し、細菌や宿主細胞はそれぞれ優位を獲得しようとしている」と語った。

「これまで、唾液のサンプル中の細菌を分析したい場合は、サンプルをホモジナイズしてからRNAやDNAを抽出する必要がありました」とニューマン研究所の研究技術者、Ruth Starwalt-Leeは述べています。 "これは、どの細菌が存在しているか、何個存在しているか、そしてどの遺伝子が発現されているかを示しますが、細菌や細菌の性質や配置など、感染環境に関する空間情報は提供しません相互作用 "

2014年にGradinaruラボでは、器官や組織を透明にするために、PACTまたはPassive CLARITYという技術を開発しました。 ニューマン氏は、感染の状況における微生物の生存戦略を研究しており、グラディナルの仕事についての読書を思い出し、鮮明さの瞬間に襲われている。 「私の研究室で働いているもの、すなわち嚢胞性線維症の唾液にこれが適用されるかもしれないと私は打ち明けました」とニューマンは言います。 「われわれは私の研究室で重要なCF病原体を長年研究していたが、実験室の所見が実際の感染症に関連しているかどうかを判断する動機がますます高まっている。

組織、器官、痰、および骨などの医学的関心のある生物学的サンプルは、分子、具体的には脂質(光を散乱させる)を含むため、すべて不透明である。 Gradinaru研究室の以前のPACT法は、これらの分子を除去して組織を透明にすることができた。 しかし、痰の成分は組織内の細胞のような規則正しい結合構造を持たないため、脂質を除去するプロセスは痰のような非晶質物質を溶解させる。 チームは、痰を無傷に保ちながら脂質を除去し、実験中の取扱いを容易にするために剛性を付与する方法の変種を開発する必要があった。

「PACTは、既に脳や心臓などの3-D構造と一貫性を持つ組織のために開発されました」とGradinaru氏は言います。 「痰はこの構造を持たないために挑戦的です。MiPACTでは、痰のサンプルに注入して細菌、細胞、その他の成分を後で検出するために注入できる、厚いヒドロゲルを使用しました。

これらの成分の位置を乱すことなく脂質を除去することができ、試料は完全に透明である。 最後のステップとして、異なる色で発光し、特定のリボソームRNA配列に結合するプローブをサンプルに拡散させ、様々な細菌細胞の可視化を可能にする。

「嚢胞性線維症の研究は、しばしば患者の寿命の終わり近くに肺の主要な病原体である緑膿菌に焦点を当てています。 "しかし、病気の初期段階には多くの重要な病原体があります - 例えば、嚢胞性線維症の子供は黄色ブドウ球菌を持つ可能性が高いです。これらの病原体のそれぞれは明確な凝集パターンを持っています。慢性感染症の実際の状態を捕捉するために可能な限り近くに来る実験を設計するために」

MiPACTは大量に適しているため、喀痰を見ている研究者は肺の環境の代表的なサンプルを研究することができます。 さらに、この技術は、嚢胞性線維症喀痰の画像化に特有ではなく、ヒトの腸を含む多様な環境における微生物群の研究のための用途を有する。

「MiPACTが微生物と宿主との相互作用を多様な状況で研究できるようになることを願っています。 潜在的な適用の意味のある分野は、ヒト微生物を含む有益な微生物群集の構造と機能をよりよく理解することであろう。

「今年初めにホワイト・サイエンス・アンド・テクノロジー・テクノロジー・オフィスが発足した国立微生物イニシアティブは、多様な環境にまたがる微生物群集を研究するための新しい方法論を具体的に求めています」とGradinaru氏は付け加えました。 MiPACT技術は非常に汎用性が高く、創傷感染、バイオフィルム形成、ニッチ内の微生物分布、またはヒト腸内などの宿主 - マイクロバイオーム相互作用など、寄生生物学および微生物学の多くのトピックに適用することができます。

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