FIBS habilitado Noninvasive Metabolic Profiling

Summary

Uma descrição de como calibrar transferência Förster Resonance Energy sensores biológicos integrados (FIBS) no perfil metabólico situ é apresentado. Os FIBS pode ser utilizado para medir os níveis intracelulares de metabolitos de forma não invasiva, contribuindo para o desenvolvimento de modelos metabólicas e elevado rendimento de rastreio de condições de bioprocessamento.

Abstract

Na era da biologia computacional, novos sistemas experimentais de alto rendimento são necessárias para preencher e refinar os modelos para que possam ser validadas para fins preditivos. Idealmente esses sistemas seria baixo volume, o que impede análises de amostragem e destrutivas, quando os dados do curso do tempo devem ser obtidos. O que é necessário é uma ferramenta de monitoramento em situ que pode relatar as informações necessárias em tempo real e de forma não invasiva. Uma opção interessante é a utilização de fluorescência, em sensores biológicos in vivo como repórteres de concentrações intracelulares baseados em proteína. Uma classe especial de in vivo biossensores que tem encontrado aplicações em metabolito quantificação baseia-se na transferência de energia de ressonância de Förster (FRET) entre duas proteínas fluorescentes ligadas por um domínio de ligação ao ligando. FRET sensores biológicos integrados (FIBS) são constitutivamente produzido dentro da linha celular, eles têm tempos de resposta rápidos e sua cha espectralcas mudar de acordo com a concentração de metabolito no interior da célula. Neste papel, o método para a construção de ovário de hamster chinês (CHO), linhas celulares que expressam constitutivamente um FIBS para glicose e glutamina e calibrar os FIBS in vivo em cultura de células em lotes a fim de permitir futura quantificação da concentração intracelular do metabolito é descrito. Os dados de batelada alimentada CHO culturas celulares demonstra que os FIBS foi capaz, em cada caso, para detectar a alteração resultante na concentração intracelular. Usando o sinal de fluorescência a partir das FIBS e a curva de calibração construída anteriormente, a concentração intracelular foi determinada com precisão, como confirmado por um ensaio enzimático independente.

Introduction

Monitoramento metabolito tem diversas aplicações em bioprocessing, incluindo o desenvolvimento de processos, mídia e design de alimentação e engenharia metabólica. Vários métodos estão disponíveis para as medições de concentração através da utilização de ^um enzimática, química ^2, ou ensaios de ligação ^3. Uma opção interessante é a utilização de fluorescência, em sensores biológicos in vivo como repórteres da concentração intracelular de metabolitos essenciais à base de proteínas. Em ensaios de ultra-baixo volume, a fluorescência é uma ferramenta conveniente como miniaturização realmente melhora a taxa de ^4,5 sinal-ruído e sensores à base de proteínas podem ser geneticamente codificados sentido de que não há reagentes exógenos são necessários para análise de metabolitos. Transferência de Energia de Ressonância de Förster (FRET) biossensores consistem de duas proteínas fluorescentes ligadas por um domínio de ligação ao ligando. FRET é uma transferência não radiativa de energia a partir de um doador de foto-animado para um receptor molécula fluorescente loca ed em estreita proximidade (<100). Clivagem ligando ou ligação provoca uma alteração conformacional no sensor, o qual, por sua vez, induz uma mudança na proximidade dos fluoróforos, conduzindo a uma alteração na eficiência de TERF medido pela alteração no espectro de emissão. Sensores biológicos FRET integrados (FIBS) são constitutivamente produzido dentro da linha de células e as suas características espectrais são alteradas com base na concentração de metabolito no interior da célula. FIBS têm tempos de resposta rápidos, tornando-os ideais para a tomada de medidas para os modelos dinâmicos ^6. Aplicações anteriores incluem o monitoramento único ^7-9 e múltiplas ¹⁰ metabólitos e fornecendo dados sobre a distribuição espaço-temporal ^11. FIBS podem ser criados de duas configurações: Apo-Max, onde a ligação do ligando perturba a proximidade dos fluoróforos reduzindo a transferência de energia e de Apo-Min, onde a ligação do ligando traz os dois fluoróforos em contacto mais próximo (Figura 1).

_content "> Neste trabalho, um protocolo para a construção são apresentados de ovário de hamster chinês (CHO), linhas celulares que expressam constitutivamente um FIBS para um metabolito de glucose ou glutamina. está estabelecido um método para a calibração do sensor in vivo, para permitir futura quantitativa medições de concentração de metabolito intracelular, tal como apresentado na Figura 2. Baseado nisto, a concentração intracelular de glucose ou glutamina pode ser determinada em fed-batch culturas de células CHO, em que os dois nutrientes foram adicionados em concentrações elevadas no processo. Os resultados demonstram que a utilização do sinal de fluorescência a partir das FIBS e da curva de calibração previamente construído, com precisão de previsão da concentração intracelular é possível, tal como foi confirmado por um ensaio enzimático independente. Este método oferece vantagens substanciais em relação às tecnologias analíticas correntes, porque ele não é invasivo, de baixo custo e rápida, dando um sinal em tempo real dos FIBS que podem ser monitored em toda a cultura.

Protocol

1. Celular Linha Revival e Manutenção Reviver as células CHO em 9 ml de meio CD-CHO suplementado com 8 mM de L-glutamina e 10 ml / L de suplemento de 100x hipoxantina / timidina (meio de crescimento completo). Centrifugar a 100 xg durante 5 min. Ressuspender as células em 10 ml de meio de crescimento completo fresco. Retirar uma amostra de 1 ml e determinar a concentração de células viáveis ​​por microscopia de luz, utilizando o método de exclusão do corante azul tr…

Representative Results

Uma visão geral da metodologia é apresentada na Figura 2. No trabalho aqui apresentado, as células CHO foram transfectadas com o vector de linhas de células estáveis ​​foram seleccionadas FIBS e a uma pressão de antibiótico de 400 ug / ml de zeocina. Por conseguinte, foram criadas duas linhas de células estáveis ​​que expressam constitutivamente separados os sensores de glicose e glutamina. Figura 1 representa as configurações dos dois biossensores utilizados neste es…

Discussion

Os FIBS activar in vivo e in situ, a quantificação de moléculas-chave, neste caso nutrientes limitantes do crescimento, eliminando incertezas decorrentes de têmpera e métodos de extracção. Os resultados sugerem que existe uma boa correlação entre o sinal FIBS e as concentrações intracelulares na gama de 1-5 mM de glicose e 0,3-2 mM de glutamina. No lote CHO cultura de células, estas concentrações são encontradas nas fases de declínio exponencial, estacionárias, e no início. As fases exponencia…

Materials

CHO-S Cells	Life Tecnologies	11619-012	Cell line will vary depending on the goals of the study
pCDNA4/TO vector	Life Tecnologies
TransIT-PRO Transfection Reagent	Mirus Bio	MIR 5700	Transfections can be accomplished using any method suitable for the cell line under study
Zeocin	Invivogen
CD-CHO medium	Life Technologies	10743-011	Cell growth medium is dependent upon the cells under study
100X HT Supplement	Life Technologies	11067-030
L-Glutamine 200 mM (100X), Liquid	Life Technologies	25030032
InfinitePRO 200 plate reader	Tecan	FLx800TBI	Any 96-well fluorescence plate reader that can access the required wavelengths can be substituted
Filters for plate reader	Tecan	30000463
		(520NM BW 10NM)
		30022786
		(430NM BW 35NM)
		30022787
		(465NM BW 35NM)
Maxiprep Plasmid Purification Kit	Qiagen	12163	Any suitable kit can be substituted
Amplex Red glucose/glucose oxidase assay kit	Invitrogen	A22189	Any suitable kit can be substituted
EnzyChrom  Glutamine Assay Kit	BioAssay systems	EOAC-100	Any suitable kit can be substituted
Improved Neubauer haemocytometer	Fisher Scientific	MNK-420-010N
Incubator	Nuaire	NU-5510E