इस लेख जीवाणुभोजी lambda, संक्रमण के एक fluorescently लेबल संस्करण की तैयारी के लिए प्रक्रिया का वर्णन<em> ई. कोलाई</em> बैक्टीरिया, खुर्दबीन के नीचे संक्रमण के परिणाम के बाद, और संक्रमण के परिणाम का विश्लेषण.
The system comprising bacteriophage (phage) lambda and the bacterium E. coli has long served as a paradigm for cell-fate determination1,2. Following the simultaneous infection of the cell by a number of phages, one of two pathways is chosen: lytic (virulent) or lysogenic (dormant)3,4. We recently developed a method for fluorescently labeling individual phages, and were able to examine the post-infection decision in real-time under the microscope, at the level of individual phages and cells5. Here, we describe the full procedure for performing the infection experiments described in our earlier work5. This includes the creation of fluorescent phages, infection of the cells, imaging under the microscope and data analysis. The fluorescent phage is a “hybrid”, co-expressing wild- type and YFP-fusion versions of the capsid gpD protein. A crude phage lysate is first obtained by inducing a lysogen of the gpD-EYFP (Enhanced Yellow Fluorescent Protein) phage, harboring a plasmid expressing wild type gpD. A series of purification steps are then performed, followed by DAPI-labeling and imaging under the microscope. This is done in order to verify the uniformity, DNA packaging efficiency, fluorescence signal and structural stability of the phage stock. The initial adsorption of phages to bacteria is performed on ice, then followed by a short incubation at 35°C to trigger viral DNA injection6. The phage/bacteria mixture is then moved to the surface of a thin nutrient agar slab, covered with a coverslip and imaged under an epifluorescence microscope. The post-infection process is followed for 4 hr, at 10 min interval. Multiple stage positions are tracked such that ~100 cell infections can be traced in a single experiment. At each position and time point, images are acquired in the phase-contrast and red and green fluorescent channels. The phase-contrast image is used later for automated cell recognition while the fluorescent channels are used to characterize the infection outcome: production of new fluorescent phages (green) followed by cell lysis, or expression of lysogeny factors (red) followed by resumed cell growth and division. The acquired time-lapse movies are processed using a combination of manual and automated methods. Data analysis results in the identification of infection parameters for each infection event (e.g. number and positions of infecting phages) as well as infection outcome (lysis/lysogeny). Additional parameters can be extracted if desired.
जीवाणु उपभेदों, फेज और प्लास्मिड:
LE392 तनाव supF है. यह फेज जीनोम में SAM7 उत्परिवर्तन को दबाने (विवरण के लिए 1 टेबल देखें) के लिए चुना गया था. इस प्रकार, प्रेरित lysogens अंततः lyse और फेज कणों रिलीज होगा, के रूप में संक्रमित कोशिकाओं कि lytic मार्ग चुना है. Lysogenic कोशिकाओं में बड़े हो रहे हैं 30 ° C CI फेज जीनोम में 857 एलील संवेदनशील तापमान की उपस्थिति के कारण. गर्मी प्रेरण के बाद, GPD EYFP और जंगली प्रकार GPD λ LZ1 के जीनोम और प्लाज्मिड pPlate * क्रमशः डी से सह व्यक्त की है. एक परिणाम के रूप में, नव निर्मित फेज λ LZ2 की capsid GPD EYFP और GPD प्रोटीन का एक मिश्रण होता है. इस मोज़ेक फेज structurally स्थिर और पर्याप्त फ्लोरोसेंट व्यक्ति 5 phages का पता लगाने की अनुमति है. पीपी RE – mCherry प्लाज्मिड रिपोर्टर लिए पसंद की lysogenic pathwa का पता लगाने के लिए किया जाता हैy. प्रमोटर पी पुन सीआईआई द्वारा 1,11 lysogeny की स्थापना के दौरान सक्रिय है. पीपी RE – mCherry 5 पीई GFP 11 से 12 mCherry के साथ GFP की जगह निकाली थी. अधिक जानकारी के लिए हमारे पहले 5 काम देखते हैं.
विकास की स्थिति पैरामीटर:
(खंड 1) lysogen प्रेरण के दौरान, 180 rpm पर हल्के झटकों एक अच्छा वायरस उपज 13 देता है. मध्यम विकास में ग्लूकोज का प्रयोग ग्लूकोज चयापचय के रूप में बचा जाना चाहिए अम्लीय चयापचय उत्पादों उत्पन्न करता है, और परिपक्व लैम्ब्डा कणों अम्लीय पीएच 13 में अस्थिर कर रहे हैं. 4 MgSO के अलावा फेज 3 capsid स्थिर करने के उद्देश्य से है. Phages को जंगली प्रकार CI (857 CI के बजाय) ले जाने के लिए, lysogen डीएनए हानिकारक एजेंट mitomycin सी 3 का उपयोग कर प्रेरित किया जा सकता है. 1.3 चरण में, 37 पर ऊष्मायन डिग्री सेल्सियस सामान्य रूप से 90 मिनट से अधिक नहीं होना चाहिए. यह usef है 600 आयुध डिपो से हर 30 मिनट सेल घनत्व की जांच उल. Lysate के लिए एक अच्छा, आयुध डिपो 600 0.2 के आसपास या कम करने के लिए चला जाता है, और शेष 600 आयुध डिपो सेल मलबे का एक परिणाम है. बहुत लंबे समय Incubating एक कम फेज उपज में परिणाम के बाद नव निर्मित फेज सेल मलबे में उनके डीएनए इंजेक्षन शुरू हो सकता है. 2.11 और 2.13 कदम में एक दृश्य फेज बैंड (कम से कम 1 x 10 11 फेज कण) प्राप्त करने के लिए, 1.2 चरण में कम से कम 500 मिलीलीटर संस्कृति विकसित. कदम 5.1 और 5.2 में मध्यम विकास में 0.2% Maltose के अलावा भेड़, फेज lambda 3,14 सोखना के लिए रिसेप्टर की अभिव्यक्ति उत्प्रेरण के उद्देश्य से है. MCherry 5.2 चरण में 100 गुना के बजाय 1000 गुना कमजोर पड़ने संवाददाता प्लाज्मिड पीपी RE से mCherry पृष्ठभूमि के स्तर को कम करने के उद्देश्य से है. चरण फेज डीएनए ट्रिगर, 35 इंजेक्शन के लिए 5.5 डिग्री सेल्सियस तापमान के प्रति संवेदनशील cI857 एलील की प्रेरण से बचने के लिए चुना है.
फेज शुद्धीकरण:
jove_content "> फेज शुद्धि कदम (2.11 के माध्यम से 2.1 कदम) अन्य में शुद्धि 5 प्रोटोकॉल के साथ प्रतिस्थापित किया जा सकता है, लेकिन CsCl संतुलन ढाल (कदम 2.12 और 2.13) के माध्यम से अंतिम ultracentrifugation अपरिहार्य है बाल्टी झूलते रोटार 2.10 कदम और 2.12 के लिए आवश्यक हैं. तेज दिखाई फेज बैंड सुनिश्चित एक शुद्ध फेज स्टॉक प्राप्त करने के आसानी से एक सप्ताह तक लग सकते हैं, इसलिए यह जरूरी है कि जिस तरह से साथ फेज अनुमापांक जांच करने के लिए यकीन है कि कुछ भी नहीं मध्यवर्ती कदम के दौरान गलत हो जाता है.फेज हैंडलिंग:
धारा 2 में सभी शोधन प्रक्रिया के दौरान, यह संभाल फेज धीरे lysate फेज सिर से पूंछ फेज कर्तन से बचने के लिए महत्वपूर्ण है. धारा 5 (उदाहरण के लिए, 5.5 5.7 के माध्यम से कदम) में सेल के संक्रमण के दौरान, यह भी संक्रमित कोशिका से फेज कणों की कर्तन से बचने के लिए महत्वपूर्ण है. ध्यान दें कि यदि फेज इसकी डीएनए इंजेक्शन लगाने के बाद संक्रमित कोशिका से sheared है, परिणाम एक "अंधेरे" संक्रमण है, अर्थात् मेंfection परिणाम प्रयोग में मनाया जाएगा, लेकिन को संक्रमित करने फेज नहीं होगा. इस तरह की समस्याओं को कम करने के लिए, हम एक विस्तृत विंदुक टिप का उपयोग जब भी phages या मिश्रण / फेज सेल से निपटने.
DAPI परीक्षण:
DAPI (धारा 4) के साथ फेज स्टॉक धुंधला फेज स्टॉक की शुद्धता की जांच के लिए एक त्वरित और कारगर तरीका है. यह भी समय पर एक मौजूदा फेज स्टॉक के संभावित गिरावट के लिए परीक्षण करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. स्टॉक के लिए एक शुद्ध, प्रतिदीप्ति खुर्दबीन के नीचे YFP और DAPI संकेतों के सह स्थानीयकरण 100% के करीब होना चाहिए. हम आम तौर पर पालन कि YFP स्पॉट के कम से कम 1% (वायरल जीनोम बिना capsids का प्रतिनिधित्व) DAPI है, जो बताता है कि इन कणों को सफलतापूर्वक वायरल डीएनए पैकेज नहीं किया था या पहले से ही उनके डीएनए कहीं इंजेक्शन शामिल नहीं है. DAPI स्पॉट की 1% से कम YFP (गैर फ्लोरोसेंट phages के लिए इसी) शामिल नहीं है. यदि यह मामला नहीं है, आवश्यकता के माध्यम से 2.14 2.12 कदम ओ में भी दोहराया जाको शुद्ध करने के लिए फिर से rder. इमेजिंग पैरामीटर के साथ संबंध है, 4.3 चरण में माइक्रोस्कोप सेटअप के रूप में धारा 5 में के रूप में महत्वपूर्ण नहीं है क्योंकि कोई लंबे समय तक जीवित कोशिका इमेजिंग यहाँ की आवश्यकता है. हालांकि, धारा 5 में के रूप में एक ही माइक्रोस्कोपी सेटिंग्स रखने अगर एक इच्छाओं एक सिंगल फेज कण के प्रतिदीप्ति तीव्रता जांच करने के लिए उपयोगी है. यदि पीबीएस – agarose स्लैब बहुत साफ नहीं है, या बहुत ज्यादा DAPI डाई का इस्तेमाल किया गया है, कुछ DAPI फेज डीएनए को इसी स्पॉट एक "प्रभामंडल" के साथ घिरा हुआ जा सकता है. यदि बहुत कम DAPI डाई का इस्तेमाल किया जाता है, DAPI चैनल से बहुत कमजोर संकेत हो सकता है.
माइक्रोस्कोप प्रणाली:
धारा 6 में इमेजिंग के लिए, हम एक 100x (योजना Fluo, संख्यात्मक एपर्चर 1.40, तेल विसर्जन) उद्देश्य और मानक फिल्टर सेट (Nikon) के साथ एक वाणिज्यिक औंधा epifluorescence खुर्दबीन (ग्रहण TE2000 – ई, Nikon) का उपयोग करें. प्रतिदीप्ति प्रकाश स्रोत प्रकाश की तीव्रता का नियंत्रण के साथ एक आर्क दीपक है. एक्स, वाई और z पुलिस: निम्नलिखित विशेषताएं कंप्यूटर नियंत्रित कर रहे हैंउज्ज्वल क्षेत्र और प्रतिदीप्ति बंद; sition और प्रतिदीप्ति फ़िल्टर विकल्प. एक ऑटो फोकस सुविधा की आवश्यकता है. अन्यथा, ध्यान फिल्म समय चूक (सामान्य रूप से चार घंटे लंबी) के दौरान आसानी से दूर बहाव हो सकता है. प्रत्येक समय बिंदु पर एकाधिक (एक्स, वाई) के पदों को हासिल करने की क्षमता उपयोगी है, के रूप में यह समांतर में एकाधिक संक्रमण घटनाओं का पालन करने की अनुमति देता है. आम तौर पर हम हर फिल्म में 8 चरण पदों 100 संक्रमण की घटनाओं के लिए निम्नलिखित हासिल. कैमरा का उपयोग हम 16 बिट (Cascade512, Photometrics) के एक गतिशील रेंज के साथ 16×16 सुक्ष्ममापी पिक्सेल कैमरा के साथ एक ठंडा 512×512 सीसीडी है. अधिग्रहण Metamorph सॉफ्टवेयर (आण्विक उपकरण) का उपयोग किया जाता है. एक कमरे के तापमान नियंत्रित खुर्दबीन में रखा जाना चाहिए, वैकल्पिक रूप से, मंच खुर्दबीन तापमान नियंत्रित एक कक्ष से घिरा होना चाहिए.
छवि अधिग्रहण:
जीना सेल इमेजिंग के लिए, यह महत्वपूर्ण है नमूना के अनावश्यक जोखिम से बचने के लिए, जो सफेद और फोटो के लिए नेतृत्व कर सकते हैंtotoxicity. इसलिए, यह सबसे अच्छा है पहले अपने सिस्टम विशेषताएँ एक इष्टतम प्रकाश जोखिम है जो प्रतिदीप्ति का पता लगाने के लिए अनुमति देता है विरंजन अत्यधिक या बाधा सेल के विकास के लिए नहीं, जबकि अग्रणी. एक अच्छा प्रतिदीप्ति छवि प्राप्त करने के लिए, रोमांचक प्रकाश की तीव्रता, समय जोखिम और कैमरा लाभ के साथ खेलते हैं. 6.2-6.3 चरणों में 10 मिनट फ्रेम अंतराल प्रकाश जोखिम को कम करने के उद्देश्य के लिए चुना जाता है. हर फ्रेम में, केवल एक ही छवि में फोकस चरण विपरीत (सेल की मान्यता के लिए) और फ्लोरोसेंट चैनलों (सेल भाग्य का निर्धारण करने के लिए) की जरूरत है. पहली बार बिंदु में, तथापि, YFP चैनल के माध्यम से कई z-स्थिति छवियों कोशिका की सतह पर सभी को संक्रमित करने phages पर कब्जा करने के लिए आवश्यक हैं. प्रारंभिक फ्रेम में YFP जोखिम समय भी समय व्यतीत हो जाने के बाद समय फ्रेम में फिल्म के लिए इस्तेमाल किया है कि तुलना में अधिक होने की आवश्यकता हो सकती है.
छवि विश्लेषण:
बहुत सावधानी से 7.1 चरण में सेल की सतह के आसपास फेज कणों गिनती. जैसाऊपर उल्लेख किया है, हम 6.2 चरण में YFP चैनल के माध्यम से z के ढेर की एक श्रृंखला ले. हालांकि, यह अभी भी कुछ फ्लोरोसेंट फेज बाहर का ध्यान केंद्रित कण, जो गिनती चुनौतियों को छोड़ सकते हैं. प्रारंभिक समय सीमा में सेल लंबाई Metamorph सॉफ्टवेयर का उपयोग कर मापा जाता है. सेल लंबाई भी ImageJ या अन्य सॉफ्टवेयर औजार द्वारा मापा जा सकता है. इसके अतिरिक्त, एक स्वचालित घर बनाया Matlab कार्यक्रम सेल प्रजातियों साथ समय पर प्रतिदीप्ति परिवर्तन के रूप में इस तरह की जानकारी प्राप्त करने में बहुत उपयोगी हो सकता है.
The authors have nothing to disclose.
हम माइकल Feiss और फेज निर्माण और शोधन पर मार्गदर्शन के लिए जीन सिप्पी के लिए आभारी हैं. हम सेल मान्यता सॉफ्टवेयर, Schnitzcell प्रदान करने के लिए माइकल Elowitz धन्यवाद. वेल्श फाउंडेशन (अनुदान क्यू 1759) और मानव फ्रंटियर विज्ञान गोल्डिंग प्रयोगशाला में काम राष्ट्रीय स्वास्थ्य संस्थान (R01GM082837), राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन (जीवित कोशिकाओं के भौतिकी के लिए केंद्र 082265, पीएफसी) से अनुदान द्वारा समर्थित है प्रोग्राम (rgy 70/2008).
Name of the reagent | Company | Catalogue number |
Chloroform | Fisher Scientific | C298-500 |
NaCl | Fisher Scientific | S271-3 |
DNase I | Sigma | D4527-10KU |
RNase | Sigma | R4642-10MG |
PEG8000 | Fisher Scientific | BP233-1 |
SM buffer | Teknova | S0249 |
NZYM | Teknova | N2062 |
CsCl | Sigma | C3011-250G |
Syringe | Becton Dickinson | 309585 |
Needle | Becton Dickinson | 305176 |
Dialysis cassette | Thermo Scientific | 66333 |
Microscope slide | Corning | 2947-75×50 |
Agarose | Fisher Scientific | BP160-100 |
SW40Ti ultra-clear tube | Beckman Coulter | 344060 |
SW60Ti ultra-clear tube | Beckman Coulter | 344062 |
SW40Ti rotor | Beckman Coulter | 331302 |
SW60Ti rotor | Beckman Coulter | 335649 |
Refractometer | Fisher Scientific | 13-947 |
Epifluorescence microscope | Nikon | Eclipse TE2000-E |
Table 2. Reagents and equipment.