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# 生物学# 微生物学

E. coli ST131のUTIにおける役割を評価する

この研究は、E. coli ST131感染の予測不可能性を調べてるよ。

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ST131 E.ST131 E.coliとUTIの洞察た。ST131感染の予測不可能性を明らかにし研究がE. coli
目次

尿路感染(UTI)は一般的で、世界中の多くの人に影響を与えてるよ。毎年、約1億5000万人がUTIを経験してる。特に18~24歳の女性や60歳以上の人は再発するリスクが高いんだって。こういう女性の20%は症状が出るUTIになるらしい。大腸菌(E. coli)がこの感染のほとんど、75%以上のケースで原因になってる。

尿路感染を引き起こすE. coliは、尿路病原性大腸菌(UPEC)って呼ばれるんだ。一部のE. coliは尿路以外の場所にも感染を引き起こすけど、それは腸外病原性大腸菌(ExPEC)って呼ばれてる。E. coliが尿路を感染するには、体の防御を避けて腸から尿道の近くに移動して、尿道や膀胱、腎臓の細胞にくっつく必要があるんだ。

膀胱に4〜24時間留まった後、E. coliは接着因子って呼ばれる特別な構造を作り始めるんだ。これが細胞にくっつくのを助けて、尿道から膀胱に移動できるようになるんだ。もし細菌が増え続けて接着因子がオフにならないと、尿管を通って腎臓に移動し、腎盂腎炎っていうもっと深刻な感染を引き起こすことになるんだ。腎臓に入ると、一部の接着因子が腎臓の特定の受容体に結合して感染を成立させるんだよ。

E. coliの病原性に関するほとんどの研究は、実験室でのテストに焦点を当ててる。これらのテストでは、細菌の動き方、バイオフィルムの形成、特定の糖への結合能力、細胞への付着能力など、いろいろな要素が評価されるんだ。

病原性クローン:E. coli ST131

感染を引き起こす著名なE. coliの株は、配列型(ST)131って呼ばれてる。これは今や世界中で一般的で、2008年にアジア、ヨーロッパ、北アメリカで初めて発見されたんだ。ST131株は複数の薬に耐性があって、UTIの治療に使われる一般的な抗生物質から自分を守るメカニズムを持ってる。

ほとんどの研究は、全ゲノム配列解析のような高度な技術を使ってST131 E. coliを分析していて、耐性や毒性に関連する遺伝子に焦点を当ててる。でも、このデータだけでは、これらの株がどれだけ有害かを正確に予測するのは難しいんだ。いくつかの研究では、動物モデルを使ってST131 E. coliの病原性を評価してるんだけど、こういう研究は自然な感染経路を模倣することが少ないんだ。

私たちの研究では、実験室テストがST131 E. coliの感染を引き起こす能力をどれだけ予測できるかを見たかったんだ。21の臨床UPEC分離株を調べて、15のST131と6の非ST131株を実験室と動物の両方の環境で研究したよ。私たちの目標は、実験室のテスト結果が動物モデルの結果と一致するかどうかを見ることだったんだ。

結果と発見

E. coli株の特徴

私たちはこの研究に関与する株のさまざまな特徴、例えば配列型、分離場所、酵素生産、抗生物質感受性を見たよ。成長曲線テストを行った結果、株間での成長率に大きな違いはなかったんだ。

マウスモデルによるUTI

マウスモデルを使って、さまざまなE. coli株の感染性と病原性を調べたよ。各株に6匹のマウスを感染させて、さまざまな間隔で尿サンプルを集めたんだ。研究の最終日に動物たちは犠牲にされて、膀胱と腎臓を分析して細菌の存在を測定した。

ほとんどのマウスは生き残ったけど、1匹は合併症で亡くなった。28日目には、特定のST131分離株が他よりも感染を引き起こす能力が高いことがわかったんだ。ある分離株は高い数が検出されたけど、他の株はあまり成功しなかった。

例えば、ST131株の一つW15はすべてのマウスの膀胱を感染させ、その効果を示したよ。他の株は膀胱や腎臓に定着する成功度が異なったんだ。

インビトロテスト:病原メカニズムの評価

私たちは実験室テストを使ってさまざまな病原性メカニズムを評価したよ。これには運動性、バイオフィルム生産、糖への結合能力、細胞への付着が含まれてる。これらの要素は、細菌が感染を引き起こす能力を示す指標になるかもしれないんだ。

運動性

動きのテストでは、ほとんどのST131株が非ST131株と比べて運動性が良かったよ。ST131株のRS135は運動性が低くて、マウスモデルで感染を引き起こさなかった。

バイオフィルム形成

治療に対抗するバイオフィルムの生産を、静的条件と振動条件で測定したんだ。バイオフィルムの形成は、通常振動条件の方が高かったよ。ある株は他の株よりも多くのバイオフィルムを生産して、感染を引き起こす可能性を示唆してるかもしれない。

付着と侵入

人間の膀胱細胞に付着する能力は病原性細菌にとって重要だよ。E. coliの分離株がこれらの細胞にどれだけ付着して侵入できるかを評価した結果、ST131株は一般的に非ST131株よりも良い付着と侵入能力を示したよ。

インビトロとインビボの結果の関連

実験室テストの結果が動物モデルで観察された感染率と一致するかどうか理解したかったんだ。全体的には、2つのデータセットの間にほとんど関連性がないことがわかったよ。たとえば、運動性や付着は分離株の感染を引き起こす能力を信頼できる指標として示さなかった。

全体的な洞察

実験室テストが感染能力を予測できるという一般的な考えに反して、私たちの研究は、in vitroの方法がin vivoにおけるE. coli株の病原性を正確に反映していないかもしれないことを示唆してる。各株は、感染を引き起こす能力に影響を与えるユニークな特徴を持っていて、この細菌群の多様性を強調してるんだ。

結論

尿路感染と特定のE. coli株の役割を理解することは、こういう一般的な感染症を管理するのに重要だよ。ST131 E. coliは広く研究されてきたけど、私たちの研究は従来の実験室テストが全体的な病原性を効果的に予測できないことを示唆してる。今後の研究は、さまざまな株のユニークな特性、特に実験室と臨床の両方の環境での振る舞いに焦点を当てるべきだね。

E. coliによって引き起こされる尿路感染の複雑さを調査し続けることで、治療オプションを改善し、これらの細菌がどのように病気を引き起こすかをよりよく理解できると思うよ。

オリジナルソース

タイトル: In vitro assays for clinical isolates of sequence type 131 Escherichia coli do not recapitulate in vivo infectivity using a murine model of urinary tract infection

概要: Sequence Type 131 isolates are a major cause of cystitis and pyelonephritis. Many studies rely solely on in vitro assays to screen for bacterial virulence factors associated with the pathogenicity of clinical isolates of E. coli. Few studies have compared in vitro findings to in vivo infectivity of clinical isolates. The purpose of this study was to evaluate the correlation between in vitro assays with the ability to cause cystitis and pyelonephritis in a murine model of urinary tract infection. In vitro assays were conducted according to published protocols and included: motility assays, biofilm formation, epithelial cell adhesion and invasion, and curli production. Twenty-one UPEC isolates of E. coli ST131 and non-ST131 were used for both in vivo and in vitro studies. Six mice per isolate were inoculated via urethral catheterization. CFUs were determined from bladder and kidneys. In vitro and in vivo correlations were evaluated by multiple linear regression analysis. Pairwise linear regressions showed trendlines with weak positive correlations for motility, adhesion, and invasion and weak negative correlations for hemagglutination, biofilm and curli production. The ability of E. coli ST131 and non-ST131 clinical isolates to cause cystitis and pyelonephritis varies among strains. The R2 Pearson Correlation value was less than {+/-}0.5 for any pair, indicating little to no statistical association between in vitro and in vivo findings. These data show in vitro data are not predictive of the ability of ST131 E. coli to infect and/or cause disease in a mouse model. Author summaryUrinary tract infections affect 150 million people annually and E. coli ST131 have become the pandemic strain responsible for a majority of UTI, cystitis, and pyelonephritis cases. How ST131 E. coli have become such prolific strain still remains to be elucidated. When evaluating bacterial pathogenicity, it is customary practice to use in vitro assays to predict isolate virulence and mechanisms of fitness, due to the lower cost, and relative ease of experimentation compared to more costly and complicated in vivo models. It is also common to use model organisms like pathogenic E. coli CFT073 or non-pathogenic lab strains such as BW25113 as representatives for the entire species. However, our research has shown that not only are model organisms substantially different from clinical isolates of ST131 E. coli, but in vitro assays are poor predictors of clinical isolates ability to cause infection in a murine model of UTI. As such, research into the mechanisms of fitness for ST131 infectivity need to veer away from studying only model organisms and focus on utilizing pathogenic clinical isolates in conditions that more closely recapitulate urinary tract environmental niches.

著者: Nancy D Hanson, C. P. Rudick, R. Cox, T. J. Bourret

最終更新: 2024-05-10 00:00:00

言語: English

ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.05.08.593128

ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.05.08.593128.full.pdf

ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。

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