Growth and host interaction of mouse segmented filamentous bacteria in vitro

Abstract

The gut microbiota plays a crucial role in the maturation of the intestinal mucosal immune system of its host1,2. Within the thousand bacterial species present in the intestine, the symbiont Segmented Filamentous Bacterium (SFB) is unique in its ability to potently stimulate the postnatal maturation of the B and T cell compartments and induce a striking increase in the small intestinal Th17 responses3-5. Unlike other commensals, SFB intimately attaches to absorptive epithelial cells in the ileum and cells overlying Peyer's patches6,7. This colonization does not result in pathology but rather protects the host from pathogens4. Yet, little is known about the host-SFB interaction that underlies the important immunostimulatory properties of SFB as SFB has resisted in vitro culturing for over 50 years. Here we succeeded in growing mouse SFB outside of its host in an SFB-host cell co-culturing system. Single-celled SFB isolated from monocolonized mice undergo filamentation, segmentation, and differentiation to release viable infectious particles, the intracellular offsprings or IOs, that can colonize mice to induce signature immune responses. In vitro, IOs can attach to mouse and human host cells and recruit actin. In Author Contributions: NCB, VGR, PSa. and PSc conceived the project and discussed experiments. PSc. designed and performed all in vitro experiments. VGR and MG performed the in vivo challenge experiments, VGR maintained SFB mice and MG analysed the TC7 and RF the mICl2 host response. MMN processed SEM samples and took images with PS. GN assisted in vitro experiments. PSc wrote the paper and PSa, NCB and VGR edited the manuscript.

Host Specificity of Flagellins from Segmented Filamentous Bacteria Affects Their Patterns of Interaction with Mouse Ileal Mucosal Proteins

“…Single-cell sequencing demonstrated that single nucleotide polymorphism (SNP) mutations exist within disparate SFB genomes isolated from the same host (23). Current technology for SFB culture and passage in vitro is relatively unrefined (13,14). There are no simple single-cell sequencing methods available for detecting various SFB strains.…”

“…Ericsson et al and Schnupf et al established culturing methods for mouse SFB in vitro (13,14), although passaging of SFB in vitro is still problematic (13). Cultureindependent bioinformatic analysis could be used as a tool in finding candidate SFB functional genes.…”

Microbiote intestinal et développement du système immunitaire

“…sance [29]. En effet, le séquençage du génome de la SFB a montré que cette bactérie commensale possède un génome réduit, suggestif de besoins auxotrophes 6 [30].…”

“…Contrairement à la majorité des bactéries commensales 5 qui induisent une réponse IgA relativement modeste et des réponses T dominées par des réponses T régulatrices, notamment dans le côlon [18,[26][27][28], la SFB joue un rôle privilégié dans la maturation post-natale des réponses immunes innées et adaptatives chez son hôte [18,22] (Figure 2). Cette bactérie, cultivable seulement récemment [29], est apparentée au genre des Clostridium [30]. Elle a été identifiée dans de nombreuses espèces, des arthropodes aux mammifères, sur la base de sa morphologie très particulière et/ou de la détection de son ARN ribosomal 16S [30].…”

“…Elle a été identifiée dans de nombreuses espèces, des arthropodes aux mammifères, sur la base de sa morphologie très particulière et/ou de la détection de son ARN ribosomal 16S [30]. Contrairement à la majorité des bactéries commensales qui vivent dans la lumière intestinale ou dans le mucus et restent à distance de la surface intestinale, la SFB colonise de façon élective la partie distale de l'intestin grêle en s'ancrant à la surface des cellules épithéliales des villosités et des PP [29], via un récepteur encore non identifié. Cette adhérence, généralement associée aux bactéries pathogènes, pourrait être nécessaire à la SFB pour obtenir de son hôte les nutriments indispensables à sa crois- …”