S. aureus virulence factor expression during kidney abscess formation

肾脓肿形成过程中金黄色葡萄球菌毒力因子的表达

基本信息

  • 批准号:
    10610817
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 20.47万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-04-18 至 2025-03-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY Antibiotic-resistant bacterial infections are becoming increasingly more prevalent, and Staphylococcus aureus infections in particular have high rates of antibiotic resistance, prompting research into alternative treatment strategies. S. aureus vaccines have been developed, but all have failed in clinical trials to date, likely due to the ability of S. aureus to blunt the immune system and block protective immune responses. S. aureus produces many virulence factors that promote disease, including an arsenal of toxins, which directly target and kill host immune cells. Several S. aureus toxins specifically bind to human cells, and are not active in the mouse, rendering it difficult to dissect the specific role of toxins in the disease process. Few models exist to study interactions between S. aureus communities, the toxins they produce, and their human cell targets. S. aureus causes a wide range of disease manifestations in the human host, from skin and soft tissue infections to bacteremia and systemic spread to deep tissues. When S. aureus enters the bloodstream, bacteria are trapped in the liver, and then spread to the kidney to form large lesions called abscesses. Abscesses contain a central core of tightly clustered bacteria, with concentric layers of necrotic and live neutrophils, and an outer layer of macrophages. Because it is difficult to penetrate abscesses with antibiotics, they can persist follow drug treatment, and may represent one of the reservoirs responsible for recurrent infections. Better understanding of the interactions between bacteria within these structures, and the interactions with surrounding host cells, will be critical in developing future therapeutics to more efficiently eliminate these structures. This proposal will utilize fluorescent transcriptional reporters to determine the spatiotemporal expression patterns of S. aureus toxin expression within kidney abscesses, and will also develop an in vitro system to study host-pathogen interactions within abscesses. We hypothesize that direct interactions with neutrophils, and diffusible antimicrobials from macrophages, promotes expression of virulence factors specifically at the periphery of abscesses. We will utilize fluorescent reporter strains and immunofluorescence microscopy to determine whether toxin expression patterns change over the course of kidney abscess formation in our mouse model, and determine if this is dictated by the presence of neutrophils and macrophages. We will also develop an in vitro model of abscess formation using 3D agarose droplets to encapsulate bacteria and adhere host cells to the droplet surface. In this model, we will visualize the dynamics of virulence factor expression in the presence and absence of mouse and human primary phagocytes using live imaging fluorescence microscopy. Establishing these robust systems to study S. aureus spatial patterning and host-pathogen interactions will enable us to uncover key S. aureus vulnerabilities, which could be exploited to generate more efficacious treatments against this important human pathogen.
项目摘要 抗生素耐药的细菌感染变得越来越普遍,葡萄球菌 金黄色葡萄球菌感染尤其具有较高的抗生素耐药性,促使对替代方案进行研究 治疗策略。已开发了金黄色葡萄球菌疫苗,但迄今为止,所有疫苗都在临床试验中都失败了,可能 由于金黄色葡萄球菌有能力钝化免疫系统并阻止保护性免疫反应。 S.金黄色葡萄酒 产生许多促进疾病的毒力因素,包括毒素的武器,直接靶向和 杀死宿主的免疫细胞。几种金黄色葡萄球菌毒素特异性结合与人类细胞,在 小鼠,很难剖析毒素在疾病过程中的特定作用。很少有模型 研究金黄色葡萄球菌群落,产生的毒素和其人类细胞靶标之间的相互作用。 金黄色葡萄球菌从皮肤和软组织中引起人类宿主的广泛疾病表现 感染细菌血症和全身性传播到深组织。当金黄色葡萄球菌进入血液时, 细菌被困在肝脏中,然后扩散到肾脏中,形成称为脓肿的大病变。 脓肿包含紧密聚集细菌的中心核心,并具有同心坏死层 中性粒细胞和巨噬细胞的外层。因为很难用抗生素穿透脓肿,所以 他们可以继续遵循药物治疗,并可能代表负责经常性的水库之一 感染。更好地了解这些结构中细菌之间的相互作用, 与周围宿主细胞的相互作用对于开发未来的治疗剂至关重要 消除这些结构。 该提案将利用荧光转录记者确定时空 金黄色葡萄球菌毒素表达在肾脓肿内的表达模式,也会在体外发展 在脓肿内研究宿主病原体相互作用的系统。我们假设与 中性粒细胞和可扩散的抗菌剂来自巨噬细胞,促进毒力因子的表达 特别是在脓肿的周围。我们将利用荧光记者应变和 免疫荧光显微镜确定毒素表达模式是否在整个过程中发生变化 我们的小鼠模型中的肾脓肿形成,并确定是否存在中性粒细胞的存在决定 和巨噬细胞。我们还将使用3D琼脂糖液滴开发出脓肿形成的体外模型 将细菌封装并粘附在液滴表面上。在此模型中,我们将可视化动力学 在存在和不存在小鼠和人类原代吞噬细胞的情况下,毒力因子表达的表达 实时成像荧光显微镜。建立这些强大的系统来研究S.金黄色的空间图案 宿主病原体相互作用将使我们能够发现钥匙S.金黄色的脆弱性,这可能是 利用以对这种重要的人类病原体产生更有效的治疗方法。

项目成果

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